高精度GPS实时变形监测软硬件系统开发与研究

摘要

我国是一个地质灾害频发的国家,尤其是滑坡、泥石流的频繁发生对人民群众的人身安全造成了巨大的伤害以及给国民经济带来了巨大的损失。当前,在没有足够的经济实力以及技术力量大范围地对具有潜在危险性的地质灾害进行全面治理的情况下,对其进行实时监测是一条有效地途径。
　　随着GPS定位技术的飞速发展,GPS技术在变形监测中占据了举足轻重的地位,但常规GPS变形监测技术存在很大的局限性,外业数据采集和内业数据处理不能实时、连续地进行。为此,本文以GPS数据的实时采集、传输、解算及形变分析和预警为研究主线,以开发一个GPS实时变形监测系统为研究目标,对GPS实时监测中的传感器的集成、数据的采集与传输、GPS数据解码、GPS单历元算法、信号滤波、数据库管理等关键技术进行了深入的研究。本文具体的研究内容和成果有以下几点:
　　(1)本文在深入研究单片机自动化控制技术后提出了基于MSP430单片机的GPS接收机设计方案。该方案以MSP430单片机为核心,结合GPSOEM接收板卡、GPRSDTU、液晶显示屏、键盘等硬件实现了GPS测量接收机的研发。本文设计的GPS接收机能完成数据的实时采集并将数据通过GPRS模块实时传输到数据处理中心,该接收机拥有屏幕显示、按键操作等功能供用户对其进行参数设置或查询。
　　(2)本文研究了GPS接收机和计算机的通讯技术与方法,开发了基于LabVIEW的GPS数据实时采集子系统,实现了GPS数据的有线、无线两种方式的传输。针对有线传输的局限性,本文主要采用GPRS无线数据传输方案,可实现多站点数据同步采集。
　　(3)本文研究了GPS原始数据的解码技术,针对Ashtech厂家的接收机,开发了基于LabVIEW的实时解码程序,能正确的将该接收机实时数据流解码到标准的RINEX格式。
　　(4)本文在研究单历元算法以及GPS动态数据后处理算法的基础上开发了基于LabVIEW的数据处理与分析子系统,能实时对基准点和监测点的基线进行解算,并对结果进行滤波处理,分析其形变大小,对大于形变阈值的监测点做出预警。
　　(5)本文利用NI公司的数据库连接工具包DCT(DatabaseConnectivityToolkit)构建了基于SQLServer的大型数据库管理系统,可以实现实时监测数据的查询和管理。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 GPS实时变形监测系统的组成

1.3 GPS实时变形监测的研究概况

1.4 本文主要研究工作

1.5 本章小结

第二章 GPS卫星信号组成及其解码方法

2.1 GPS信号的组成

2.2 GPS数据格式及其解码

2.3 本章小结

第三章 GPS实时变形监测系统的硬件设计与研发

3.1 硬件接收机需求分析

3.2 硬件接收机总体设计

3.3 GPS硬件接收机二次研发

3.4 GPS接收机整体组装

3.5 本章小结

第四章 GPS实时变形监测系统软件设计与研发

4.1 软件系统需求分析

4.2 软件系统设计

4.3 软件开发环境以及LabVIEW开发平台

4.4 数据采集子系统

4.5 数据处理及分析预警子系统

4.6 数据库管理子系统

4.7 软件系统集成

4.8 本章小结

第五章 GPS实时变形监测系统软硬件测试

5.1 GPS实时监测系统硬件测试

5.2 GPS实时监测系统软件测试

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢