[發明專利]基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法

有效

• 申請號: 201410609115.0
• 申請日: 2014-11-01
• 公開（公告）號: CN104296721A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 于永堂;張繼文;鄭建國;劉爭宏;張煒;杜偉飛;李攀;劉智;羊群芳;戚長軍
• 申請（專利權）人: 機械工業勘察設計研究院
• 主分類號: G01C5/04
• 分類號: G01C5/04
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 劉崇義

技術領域

本發明屬于巖土工程監測技術領域，尤其是涉及一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法。

背景技術

在公路、鐵路、機場、碼頭、堤壩等工程中，為掌握地基土的有效壓縮層厚度及壓縮層范圍內各層土的變形特性，研究地基變形發展規律和穩定性，以及開展工程安全預警等，經常需要對土體的分層沉降進行監測。

目前，工程上對土體分層沉降常用的監測方法主要有以下兩種：第一、電磁式沉降儀法：在監測場地地層中的監測位置垂直埋設套管，沿深度方向在套管外壁按照一定間距布設若干個沉降感應磁環，在管口處采用沉降探頭感應并確定每個磁環的位置，并采用水準測量方法測定管口高程，計算得到磁環高程、土層沉降量和總沉降量數據；第二、分層沉降標水準觀測法：在監測地層不同深度設置沉降板，沉降板與標桿連接，標桿外套護管，逐節引至地面，將鋼尺架設在沉降標桿頂部，利用水準儀測量標桿高程變化，從而得到沉降板處地層沉降。其中，第一種電磁式沉降儀法，存在測量速度慢、觀測誤差大等問題，并且需要采用水準測量方法對管口高程進行定期校測，增加工作量；第二種分層沉降標水準觀測法，需要對工作基點做閉合水準引測，且需滿足監測點與工作基點的通視條件，勞動強度大、工作效率低。上述兩種監測方法均無法實現遠程、自動化和實時監測，在天氣惡劣、工況復雜等不利條件下，無法開展現場監測工作。

北斗衛星導航系統(也稱北斗衛星定位系統)是我國自主研發的一種新型、全天候、全球性衛星定位系統，并具有短報文通訊功能。北斗高精度定位技術與無線通信技術、網絡通信技術以及高精度數據處理算法相結合，可應用于地質體的平面及高程位移變形監測，實現連續、遠程、自動化無線數據傳遞和實時數據處理。當采用動態測量方法，其觀測精度最高可達厘米級；當采用靜態測量方法，觀測精度可提高到毫米級。目前，北斗高精度定位技術已成功應用于山體滑坡災害、機場、堤壩和建筑地基等工程的地面沉降監測。常規的水準儀、經緯儀、測距儀、全站儀等觀測方法的外業工作量大，測量工作受通視條件影響大，而北斗實時變形監測系統測站間無需通視條件，可同時快速測定監測點的三維位移變化情況，并可實現全天候自動化監測，最高可達毫米級精度，但其也存在不足之處，需要保證基準點和監測點周圍無較大的遮擋物，點位選擇的自由度相對較低，目前單位監測站的設備成本仍較高，限制了其在工程中的大量應用。

靜力水準測量方法是利用自由流動的靜止液面上各個點液面是等高的原理進行高程測量。靜力水準測量系統由工作基點和監測點組成，在工作基點和各監測點處分別設置一臺靜力水準儀。各靜力水準儀的貯液容器間用通液管連通，儲液容器內注入液體，儲液容器中的液體將在管道中自由流動，當液體平衡或者靜止時各個容器中的液體表面將保持相同高度。當監測點處土體發生沉降時，將引起容器中液面高度發生變化，采用位移傳感器測量容器內液面變化，再通過計算可求得各點相對于工作基點的相對位移量。靜力水準測量系統可直接獲得各監測點的差異沉降，若需要獲得各測點的絕對沉降量，則需要建立一個穩定的工作基點，但實際工程常會遇到無穩定基準點的情況，如大面積填方場地、大范圍滑坡體、地下采空區等，很難將工作基點建在穩定區域，此時若想獲得監測點的絕對沉降量，需要在整個監測過程中通過光學水準測量方法觀測工作基點的高程變化，無疑將增加工作量，降低效率，也無法實現自動化和實時監測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法，其方法步驟簡單、實現方便且使用效果好，能有效解決靜力水準測量時非穩定工作基點的校測與修正問題，實現了對地質體分層沉降變形的長期、遠程和實時監測。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于：包括布設在地面上的基準站、布設在沉降監測區的監測站和以無線通信方式與所述監測站進行通信的監測中心，所述基準站與所述監測站之間以無線通信方式進行通信；

所述基準站為北斗衛星地面基站，且其包括第一北斗衛星信號接收機和與第一北斗衛星信號接收機相接的第一無線通信設備；