基于RTK的多点冰川移动监测系统设计与应用研究

发布时间：2020-05-08 11:26

【摘要】：南北极地区以固体冰的形式储存了大量的水资源,其冰含量约为全球冰量的97%,整个南极大陆都被大量的冰所覆盖。21世纪以来,全球变暖趋势日益加深,导致大量冰川出现崩塌、融化的现象,引发了一系列自然灾害。与此同时,由于冰川本身固有的运动特性,其内部会发生塑性变形和底部滑动的作用,冰川的运动特性还受到降雪与温度的影响,这导致单一的对冰川进行一次测量并不能完全了解其内部特性。所以对于冰川活动进行长期的监测研究,并从中分析出冰川运动模式就显得尤其重要。对冰川更加深刻的理解与研究不仅可以预测冰川灾害,还能够以此为基础分析冰盖积累率,研究古代气候变化并预测未来地球气候环境的变化趋势等,获取冰川的第一手数据在各种学科领域中都有深刻的意义。目前国内外关于冰川监测的手段多为航空影像与卫星遥感等长跨度、大范围的遥感监测,实地测量多为人工测量。遥感技术虽然监测区域较大,但是它的测量精度较低,不能完全满足高精度数据分析的要求,并且测量花费比较高,而人工实地测量虽然精度较高,但是由于测量地点为南北极冰川,地处偏远、环境恶劣,无法进行长期测量。因此,在南极进行冰川监测研究必须兼具以上两种手段的优势,既能无人监测,又能保证测量数据的精度。尽管上述测量方法各有利弊,但是针对实地考察现场的高精度的长期观测仍然需要近一步研究。本文在分析了目前冰川移动测量手段的前提下,针对南极考察现场对冰川移动的观测提出了一种可靠的,高精度的,自动化程度高的实地测量手段。利用载波相位差分技术结合数据无线传输手段,通过在冰川上搭设全自动无人监测站的方法进行冰川的实地测量。文章首先叙述了冰川移动监测的背景与意义,然后分别对国内外冰川与GPS测量的发展历程、研究前沿进行了简要的说明。从研究内容上本文介绍了GPS、RTK差分定位的技术原理和具体参数的求解方法。随后提出了整体硬件系统设计思想:利用RTK技术进行多点数据采集,应用无线电台进行站间数据传输,使用低功耗单片机进行数据的自动化采集,最后应用铱星系统将采集到的数据返回国内。给出了系统内部各模块选型与其基本参数。分析了在一对多的实际数据采集应用中主要困难与解决办法,给出了数据获取后的基本处理方法。设计了高集成度的主控电路板,对其硬件电路与软件编程方面都进行了详细的阐述。为了实现系统的的高度自动化,简化科研人员的繁琐工作,本文还搭设了基于Lab VIEW的上位机监测系统,可以实时的显示出测点的各项信息。实现了监测系统的自动化数据采集,发送与整合处理。最后,为了验证系统硬软件设计的正确性与本研究的现实要求,对整体系统分别进行了单一模块的测试与整体实验,并对实验结果进行了分析。结果表明,该系统可以满足对冰川微小移动的长期测量,精度可达厘米级别。拥有较强的实用性,为极地冰川移动提供了新的测量手段。
【图文】：

图 2-7 冰川移动监测系统实物图Fig.2-7 Glacier movement monitoring system physical map课题设计的冰川移动监测系统的整体实物图，系统各部架与各类天线组成。控制箱内装有主控电路板与无线电2V、75AH 的铅酸蓄电池；支架设计采用抗风强度大的括 RTK天线、电台天线与铱星天线，分别负责 RTK信返回。控制箱内部如下图 2-8所示。供电架

图 2-7 冰川移动监测系统实物图Fig.2-7 Glacier movement monitoring system physic设计的冰川移动监测系统的整体实物图，各类天线组成。控制箱内装有主控电路板75AH 的铅酸蓄电池；支架设计采用抗风TK天线、电台天线与铱星天线，分别负责。控制箱内部如下图 2-8所示。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P343.6

【参考文献】

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本文编号：2654589