Wykrywanie sygnałów skokowych w szeregach czasowych zmian współrzędnych GPS

• Autorzy: Kontny B.

Warianty tytułu

EN

Jumping signal detection in GPS coordinate time series

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zaprezentowano zmodyfikowaną metodę różnicową wykrywania zmian skokowych w dyskretnych sygnałach pomiarowych (np. szeregach czasowych zmian współrzędnych punktów GPS) w obecności zakłóceń sygnału przypadkowym szumem pomiarowym (white noise) oraz obserwacji odstających (outliers). Metoda polega na zastąpieniu średniej ruchomej w klasycznym algorytmie metody różnicowej poprzez medianę, przez co w znacznym stopniu ogranicza się wpływ obserwacji odstających. Metodę przetestowano na symulowanych sygnałach pomiarowych. Jak wykazały obliczenia testowe, metoda jest skuteczna nawet dla stosunkowo wąskiego okna po stronie obserwacji następujących po testowanej i-tej epoce pomiarowej. Pozwala to na stosunkowo szybkie alarmowanie o zaistnieniu zmiany skokowej o amplitudzie nawet na granicy szumu pomiarowego (3 sigma). Metoda może znaleźć zastosowanie w automatycznych systemach kontrolno-pomiarowych do monitorowania przemieszczeń obiektów inżynierskich wykorzystujących satelitarny system GPS, w szczególności do monitorowania deformacji obiektów hydrotechnicznych, przemysłowych i górniczych.

EN

A modified differencing method of the detection of irregular jumping changes in discrete measuring signals (e.g. time series of changes of coordinate points GPS) in the presence of disruptions of the signal with random measuring noise (white noise) and of accidental diverging observations (outliers) was shown at the work. The method consists in replacing the moving average in the classic algorithm of the differencing method through the median, what to a considerable degree the influence of diverging observation is being limited by. The method was tested on simulated measuring signals. How the test calculations demonstrated, the method is effective even for relatively narrow window on the side of following observations after tested measuring epoch. It allows on relatively fast alarming because of becoming known the irregular change about the amplitude even on the border of measuring noise (3 sigma). The method can find application in automatic control-measuring systems using the satellite system GPS for displacement monitoring of engineering objects, in particular for monitoring of hydro technical, industrial and mining objects’ deformations.

Słowa kluczowe

PL

szeregi czasowe współrzędnych; sygnały skokowe; obserwacje odstające; medianowa metoda różnicowa

EN

coordinate time series; jumping signals; outliers; median difference method

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Geodesia et Descriptio Terrarum
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 10, nr 3
• Strony: 5--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il.

Twórcy

autor

Kontny B.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu,,

Bibliografia

• Bock Y., de Jonge P.J., Honcik D., Bevis M., Bock L., Wilson S., 2001. Epoch-By-Epoch Positioning applied to dam deformation monitoring at Diamond Valley Lake, Southern California, Proceedings of 10th FIG International Symposium on Deformation Measurements, 19-22 March 2001 Orange, California, USA.
• Bond J., 2004. An Investigation on the Use of GPS for Deformation Monitoring in Open Pit Mines. M.Sc.E. Thesis, Department of Geodesy and Geomatics Engineering Technical Report No. 222, University of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick, Canada, 140 pp.
• Bosy J., Graszka W., Leończyk M., 2008. Aktywna Sieć Geodezyjna EUPOS jako element składowy państwowego systemu odniesień przestrzennych, Przegląd Geodezyjny, Nr 12/2008, 10-16.
• Borre K., de Jong K., Pichot C., 2001. Subsidence monitoring system using real-time GPS sensors, In: Proc. ION-GPS, Salt Lake City, 2001.
• Borre K., de Jong K., Pichot C, 2002. GPS Deformation Analysis with Millimeter Precision in Real-Time, GNSS, Seoul Korea.
• Duffy M., Hill C., Whitaker C., Chrzanowsk A., Lutes J., Bastin G., 2001. An automated and inte- grated monitoring scheme for Diamond Valley Lake in California. Proceedings of the 10th FIG International Symposium on Deformation Measurements, Orange, California, March 19-22, USA.
• Greenfeld J.S., 2003. How long must we wait? The duration of GPS observations for short baseline measurements, Surveying and Land Information Science, Jun 2003.
• Günther J., Heunecke O., Pink S. Schuhbäck S., 2008. Developments towards a low-cost GNSS based sensor network for the monitoring of landslides, 13th FIG Symposium on Deformation Measurement and Analysis, LNEC, Lisbon, Portugal, 2008, May 12-15.
• Huber P. J., Ronchetti E.M., 2009. Robust statistics, John Wiley and Sons Inc., Hoboken, New Jersey, 354 p.
• Ince C.D., Sahin M., 2000. Real-time deformation monitoring with GPS and Kalman Filter, Earth Planets Space, 52, 837-840.
• Iyiade A., 2006. GPS Time Series Land Slide Monitoring using a Weighted Extended Kalman Filtering with a DIA Procedure, Shaping the Change, XXIII FIG Congress, Munich, Germany, October 8-13, 2006
• Kälber S., Jäger R., Schwäble R., Heimberg F., Kast K., 2000. GPS-based Online Control and Alarm System (GOCA). Proceedings of the 20. ICOLD-Congress, 2000, Peking, Report No. Q. 78 -R.14. International Commission on Large Dams, Paris, 189-209.
• Kim D., Langley R.B., 2003. On ultrahighprecision GPS positioning and navigation, Navigation: Journal of the Institute of Navigation, Vol. 50, No. 2, Summer 2003, 103-116.
• Kim D., Langley R., Bond J., Chrzanowski A., 2003. Local deformation monitoring using GPS in an open pit mine:initial study, Proceedings of IUGG Congress 2003 in Sapporo, Japan, July 2003.
• Larocca A.P.C., Schaal R.E., 2005. Millimeters in Motion, Dynamic Response Precisely Measured, GPS World, Jan 1, 2005.
• Li L., Kuhlmann H., 2008. Detection of deformations and outliers in real-time GPS measurments by Kalman Filter model with shaping filter, 13th FIG Symposium on Deformation Measurement and Analysis, LNEC, Lisbon, Portugal, 2008, May 12-15.
• Ogaja C., Rizos C., Wang J., James Brownjohn J., 2001. Toward the implementation of on-line structural monitoring using RTK-GPS and analysis of results using the wavelet transform, The 10th FIG International Symposium on Deformation Measurements, 19-22 March 2001 Orange, California, USA.
• Paavola M., Ruusunen M., Pirttimaa M., 2005. Some change detection and time-series forecasting algorithms for an electronics manufacturing process, University of Oulu, Control Engineering Laboratory, Report A No 26, March 2005.
• Pretorius C.J., Schmidt W.F., van Staden C.S., Egger K., 2001. The extensive geodetic system used for the monitoring of a 185 metre high arch dam in Southern Africa, Proceedings of 10th FIG International Symposium on Deformation Measurements, 19-22 March 2001 Orange, California, USA.
• Roberts G.W., Brown C., Meng X., 2006. Bridge Deflection Monitoring - Tracking Millimeters across the Firth of Forth, GPS World, Feb 1, 2006.
• Rodionov S.N., 2005. "A Brief Overview of the Regime Shift Detection Methods", [in:] Large-Scale Disturbances (Regime Shifts) and Recovery in Aquatic Ecosystems: Challenges for Man-agement Toward Sustainability, V. Velikova and N. Chipev (Eds.), UNESCO-ROSTE/BAS Workshop on Regime Shifts, 14-16 June 2005, Varna, Bulgaria, 17-24.
• Rzepecka Z., 2004. Mopdification of Algorithms for Determination of Short Kinemtic Vectors from GPS Data, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, Rozprawy i Monografie 86, Olsztyn, 2004.
• Szostak-Chrzanowski A., Chrzanowski A., Deng N., Bazanowski M., 2008, Design and analysis of multi-sensor deformation detection systems, 13th FIG Symposium on Deformation Measurement and Analysis, LNEC, Lisbon, Portugal, 2008, May 12-15.
• Szpunar R., 2006, Satelitarne monitorowanie przemieszczeń w czasie quasi-rzeczywistym, Rozprawa doktorska, Wydział Geodezji i Kartografii, Politechnika Warszawska,
• Wilkins R., Bastin G., Chrzanowski A., 2003. ALERT: A fully automated real time monitoring system, Proceedings 11th FIG Symposium on Deformation Measurement, May 25-28, 2003, Santorini, Greece.
• Zhou P., Zhou B., Guo J., Li D., Ding Z., Feng Y., 2005. A Demonstrative GPS-aided Automatic Landslide Monitoring System in Sichuan Province, Journal of Global Positioning Systems (2005), Vol. 4, No. 1-2, 184-191.