基于RTK技术的冰川移动监测系统设计与应用研究

发布时间：2017-08-26 14:31

  本文关键词：基于RTK技术的冰川移动监测系统设计与应用研究

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【摘要】：本课题是在“南北极环境综合考察与评估”极地专项(编号:CHINARE2015-02-02)和国家自然科学基金“基于电容感应技术的海冰厚度监测方法的研究”(编号:41176080)资助下针对极地冰川移动的自动化监测展开的应用研究。南北极与全球气候、生态环境及人类生活和社会发展等的一系列问题息息相关。随着科技的进步和人类对南北极考察项目的不断推进,科研人员在极地展开了各个领域的科学研究,其中非常重要的一环是对冰川的探索。冰川对全球气候环境变化反应敏感,是气候变化的放大镜和指示器。冰架是冰川变化最剧烈的区域,监测冰川移动对研究极地冰物质平衡、全球气候变化、极地冰冻圈演变以及生物圈活动等多个领域都具有重要意义。南北极由于其特殊的环境条件,在进行科研探索时受限于地域、气候、人力、物力等诸多不利因素,因此进展缓慢。目前国内外关于冰川移动的监测方法主要有实地测量法、航空摄影测量法、遥感影像测量法等。但这些技术手段都有其不足之处,比如精确度低、经济性差、无法长期连续自动化监测等。本文通过分析对比国内外冰川监测技术现状以及优缺点,综合考虑各监测方法的借鉴意义,针对极地冰川监测的实际情况,自主设计集成了冰川移动监测系统。系统以冰基支架为监测系统载体,依据冰川监测需求研究制定了新型可靠的监测方案并开发了监控软件。该方案主要通过在冰基支架上搭载固定单片机主控模块、差分模块、GPS模块、电台模块、铱星模块、蓄电池模块等的集成而研发的冰川移动监测系统,该系统可实现极地环境下长期定时连续自动化远程数据传输和高精度监测。系统利用现代高精度的RTK测量技术为手段与电台无线传输技术为依托,通过单片机控制器采集、提取、存储、发送有用数据,并对数据进行分析后处理。本监测系统具有精度高、经济性好、连续性实时性强等优点。本监测系统在国内进行了野外试验并在南极第32次科学考察中进行了现场应用实验,实验结果表明本监测系统具有较高的精确性、可靠的稳定性、自动化无人职守等优点,为极地冰川移动监测提供了数据支持和新的方法。
【关键词】：冰川移动 RTK技术 监测系统 GPS定位 无线链路
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P343.6;P228.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题的背景9-11
• 1.2 国内外研究动态11-14
• 1.3 选题的目的、意义和主要工作14-15
• 第二章 基于RTK技术的冰川移动监测系统原理及设计15-33
• 2.1 极地冰川移动监测系统的组成16-17
• 2.2 冰川移动监测系统工作原理研究17-24
• 2.2.1 基于RTK技术的移动监测原理18-19
• 2.2.2 载波相位差分GPS定位方法19-22
• 2.2.3 整周未知数的动态求解22-23
• 2.2.4 RTK技术应用于冰川监测的优缺点23-24
• 2.3 冰川移动监测系统主要设备的设计与选型24-30
• 2.3.1 RTK板卡及外围电路板选型设计24-25
• 2.3.2 电台无线链路的选型与通讯设计25-27
• 2.3.3 铱星远程数据传输27-29
• 2.3.4 监测装置支架的设计29-30
• 2.4 冰川移动位移测量原理30
• 2.5 供电系统的设计30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第三章 冰川移动监测系统的硬件电路设计33-47
• 3.1 主控制器MSP430（F5438）单片机的电路设计33-35
• 3.2 时钟模块电路设计35-36
• 3.3 RS232串行通信模块电路设计36-37
• 3.4 SD卡数据存储模块电路设计37-39
• 3.5 RTK板卡及外围电路设计39-43
• 3.5.1 P103板卡与电台链路的互通40-41
• 3.5.2 P103板卡与单片机的连接41-43
• 3.6 铱星通信模块外围电路设计43-44
• 3.7 供电系统电源模块的设计及选型44-45
• 3.8 本章小结45-47
• 第四章 冰川移动监测系统的软件设计47-59
• 4.1 系统软件的主程序设计48-51
• 4.2 数据采集程序设计51-54
• 4.3 数据存储程序设计54-56
• 4.4 铱星远程数据传输程序设计56-57
• 4.5 在线数据监测平台软件设计57
• 4.6 本章小结57-59
• 第五章 冰川移动监测系统的试验应用及数据分析59-81
• 5.1 实验室的试验情况59-73
• 5.1.1 RTK板卡驱动及接收定位数据试验59-61
• 5.1.2 差分信号获取试验61-68
• 5.1.3 差分信号采集与链路互通试验68-70
• 5.1.4 单片机控制器控制系统试验70-73
• 5.2 国内野外试验73-77
• 5.3 南极现场应用实验77-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 研究结论81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 作者在攻读硕士期间的研究成果89

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本文编号：741933