【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道监测，尤其涉及一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法及系统。
技术介绍
1、传统的北斗监测技术采用gprs/4g等手段传输原始数据，利用部署在公网服务器上的数据中心实现数据管理、解算和发布，该方案已经成熟。然而常规北斗监测技术还有以下缺点：
2、(1)数据安全性不高：轨道交通工程安全性关系重大，北斗卫星原始观测数据含有位置信息，其信息流入公网具有一定的安全隐患；
3、(2)数据传输不稳定：影响监测可靠性，目前的北斗监测常采用gprs/4g等手段传输原始数据，当信号不通畅时会有数据缺失，导致监测精度和连续性降低；
4、(3)数据运营成本较高：随着北斗监测项目不断增多，大量原始卫星数据汇集至远端数据中心，数据传输、服务器数据管理成本不断增加；
5、对于轨道交通工程，其基础设施变形极为敏感，且铁路具有带状特征，监测点间距不断扩大，使用常规单一策略的监测算法难以满足不同长度基线的精度需求。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的在于提供一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法及系统，采用边缘计算，能在靠近数据源的位置提供计算、存储等服务，实现流量的本地化处理，还有助于实现场景需求和部署成本的最佳匹配，同时，可以很大程度保证数据的安全性，非常适合于高精度北斗监测应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术的一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，包括以下步骤：
3、s1、利用边缘计算终端接
4、s2、将接收的数据采用以下两种模式进行处理：
5、模式一、实时接收北斗接收机的卫星原始观测数据，进行实时载波相位差分解算通过加速度递归滤波算法，解析高频振动信息，重构gnss位移进行自适应抗差滤波处理获得监测最佳估值，根据监测最佳估计值判断是否报警；
6、模式二、将实时接收的卫星原始观测数据存储为数据文件，将所述卫星原始观测数据进行合并后，解算各站坐标和基线长度，根据解算结果和模式一的监测结果进行结构体蠕变分析。
7、进一步优选的，所述模式一包括以下步骤：
8、s101、采用tcp/ip协议实时接收基准站和监测站北斗接收机的二进制数据流；
9、s102、对所述二进制数据流进行解析，获取卫星观测数据及导航电文数据；
10、s103、使用单点定位算法计算各监测站wgs84坐标系下大地坐标，并计算监测站至基准站的基线长度；
11、s104、使用saastamoinen模型消除对流层延迟的干分量；
12、s105、当基线长度和监测站坐标满足第一预设范围时，构建双差观测方程，以消除电离层延迟影响；当基线长度和监测站坐标满足第二预设范围时，使用无电离层组合观测方程消除电离层延迟影响；
13、s106、使用双频无几何载波相位组合探测周跳；
14、s107、逐历元使用扩展kalman滤波进行gnss参数估计；
15、s108、使用tcp/ip协议实时接收加速度计的原始观测值；
16、s109、在每个历元，利用上述s107中的gnss参数估计值作为观测值，与s108中的加速度计原始观测值组合为观测方程，通过加速度递归滤波算法，重构gnss位移进行自适应抗差滤波处理，获得监测最佳估值。
17、进一步优选的，所述模式二包括以下步骤：
18、s201、使用tcp/ip协议实时接收基准站和监测站北斗接收机的二进制数据流，并以10min时间间隔储存为数据文件；
19、s202、以1h/2h/6h等间隔定时将所述二进制数据流进行合并，使用数据格式转换软件转换为rinex格式数据文件，并进行rinex数据的读取；
20、s203、使用saastamoinen模型消除对流层延迟的干分量；
21、s204、计算各监测站坐标及基线长度，若各监测站坐标及基线长度满足第三预设范围，则构建双差观测方程，消除电离层延迟影响；若各监测站坐标及基线长度满足第四预设范围，采用无电离层组合观测方程消除电离层延迟影响；
22、s205、使用双频无几何载波相位组合探测周跳；
23、s206、使用最小二乘序贯滤波进行正向和反向估计；
24、s207、根据正向估计值和反向估计值结合s109中得到的实时监测估值，对结构体蠕变状态进行分析。
25、进一步优选的，在模式一和模式二中，所述采用saastamoinen模型消除对流层延迟的干分量的计算方式如下：
26、
27、f(b,h)＝1-0.0026cos2b-0.00028h
28、式中，dzhd为对流层干延迟，ps为测站处大气压，b、h分别为测站纬度和高程。
29、进一步优选的，在s105和s204中，所述无电离层组合观测方程为：
30、
31、
32、式中，pif为无电离层组合伪距，φif为载波相位观测值；fi(i＝1,2)为l1和l2载波的频率；pi、φi、ni(i＝1,2)为两种载波频率l1和l2的伪距、载波相位观测值与整周模糊度；ρ为站星几何距离；c为真空中的光速；δti为接收机钟差；δtj为卫星钟差；δtrop为对流层延迟改正；εp为组合伪距观测值其他误差和噪声；εφ为组合载波相位观测值其他误差和噪声。
33、进一步优选的，在s106和s205中，所述双频无几何载波相位组合探测周跳包括如下步骤:
34、将同一历元的两个频率的载波相位观测量进行差值计算；
35、将得到的差值在不同历元间进行差值计算，得到电离层残差法的检验量
36、继续在历元间作二次差，通过相邻历元间电离层二次残差的变化量来探测是否出现周跳。
37、进一步优选的，在s109中，所述利用gnss参数估计值作为观测值与加速度计原始观测值组合为观测方程，通过加速度递归滤波算法，重构gnss位移进行自适应抗差滤波处理获得监测最佳估值，包括以下步骤：
38、首先建立卡尔曼滤波状态方程和观测方程：
39、在卡尔曼滤波方程建立的基础上，进行基于自适应卡尔曼滤波的gnss/加速度计集成系统的时间更新过程和测量更新过程，得到tk时刻对应的状态参数向量预测值进一步得到预测观测值
40、将预测观测值和实测的gnss观测值以及加速度计原始数据zk进行差值计算；计算状态预测值及观测量残余。
41、进一步优选的，所述自适应卡尔曼滤波，根据自适应因子迭代计算，包括以下步骤：
42、(1)判断是否仅存在加速度数据，若是，则计算自适应因子，再继续滤波；若否，则直接计算并储存状态估计值及其协方差矩阵；
43、(2)计算自适应因子：自适应因子ak的值，以状态不符值统计量为判断依据，列本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，所述模式一包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，所述模式二包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在模式一和模式二中，所述采用Saastamoinen模型消除对流层延迟的干分量的计算方式如下：
5.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在S105和S204中，所述无电离层组合观测方程为：
6.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在S106和S205中，所述双频无几何载波相位组合探测周跳包括如下步骤:
7.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在S109中，所述利用GNSS参数估计值作为观测值与加速度计原始观测值组合为观测方程，通过加速度递归
8.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，所述自适应卡尔曼滤波，根据自适应因子迭代计算，包括以下步骤：
9.一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测系统，其特征在于，用于实施上述权利要求1-8中任意一项所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，包括在轨道交通工程监测现场的基准点和若干监测点处布设北斗接收机及加速度传感器，在管理中心设置边缘计算终端；北斗接收机、加速度计传感器及边缘计算终端通过区域自组网方式进行相互通信，并将区域网络接入铁路专网。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，所述模式一包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，所述模式二包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在模式一和模式二中，所述采用saastamoinen模型消除对流层延迟的干分量的计算方式如下：
5.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在s105和s204中，所述无电离层组合观测方程为：
6.根据权利要求3所述的适用于轨道交通的边缘计算北斗变形监测方法，其特征在于，在s106和s205中，所述双频无几何载波相位组合探测周跳包括如下...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦民，谭兆，张云龙，石德斌，齐春雨，张冠军，何义磊，陈旭升，孙博文，刘晨，杨承午，赵梦杰，刘成，梁永，洪江华，杨云洋，魏好，杨双旗，秦守鹏，谷洪业，薛骐，王磊，房博乐，张宇，杜杰，王杰，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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