[发明专利]基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其是涉及一种基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统及方法。

背景技术

在公路、铁路、机场、码头、堤坝等工程中，为掌握地基土的有效压缩层厚度及压缩层范围内各层土的变形特性，研究地基变形发展规律和稳定性，以及开展工程安全预警等，经常需要对土体的分层沉降进行监测。

目前，工程上对土体分层沉降常用的监测方法主要有以下两种：第一、电磁式沉降仪法：在监测场地地层中的监测位置垂直埋设套管，沿深度方向在套管外壁按照一定间距布设若干个沉降感应磁环，在管口处采用沉降探头感应并确定每个磁环的位置，并采用水准测量方法测定管口高程，计算得到磁环高程、土层沉降量和总沉降量数据；第二、分层沉降标水准观测法：在监测地层不同深度设置沉降板，沉降板与标杆连接，标杆外套护管，逐节引至地面，将钢尺架设在沉降标杆顶部，利用水准仪测量标杆高程变化，从而得到沉降板处地层沉降。其中，第一种电磁式沉降仪法，存在测量速度慢、观测误差大等问题，并且需要采用水准测量方法对管口高程进行定期校测，增加工作量；第二种分层沉降标水准观测法，需要对工作基点做闭合水准引测，且需满足监测点与工作基点的通视条件，劳动强度大、工作效率低。上述两种监测方法均无法实现远程、自动化和实时监测，在天气恶劣、工况复杂等不利条件下，无法开展现场监测工作。

北斗卫星导航系统(也称北斗卫星定位系统)是我国自主研发的一种新型、全天候、全球性卫星定位系统，并具有短报文通讯功能。北斗高精度定位技术与无线通信技术、网络通信技术以及高精度数据处理算法相结合，可应用于地质体的平面及高程位移变形监测，实现连续、远程、自动化无线数据传递和实时数据处理。当采用动态测量方法，其观测精度最高可达厘米级；当采用静态测量方法，观测精度可提高到毫米级。目前，北斗高精度定位技术已成功应用于山体滑坡灾害、机场、堤坝和建筑地基等工程的地面沉降监测。常规的水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪等观测方法的外业工作量大，测量工作受通视条件影响大，而北斗实时变形监测系统测站间无需通视条件，可同时快速测定监测点的三维位移变化情况，并可实现全天候自动化监测，最高可达毫米级精度，但其也存在不足之处，需要保证基准点和监测点周围无较大的遮挡物，点位选择的自由度相对较低，目前单位监测站的设备成本仍较高，限制了其在工程中的大量应用。

静力水准测量方法是利用自由流动的静止液面上各个点液面是等高的原理进行高程测量。静力水准测量系统由工作基点和监测点组成，在工作基点和各监测点处分别设置一台静力水准仪。各静力水准仪的贮液容器间用通液管连通，储液容器内注入液体，储液容器中的液体将在管道中自由流动，当液体平衡或者静止时各个容器中的液体表面将保持相同高度。当监测点处土体发生沉降时，将引起容器中液面高度发生变化，采用位移传感器测量容器内液面变化，再通过计算可求得各点相对于工作基点的相对位移量。静力水准测量系统可直接获得各监测点的差异沉降，若需要获得各测点的绝对沉降量，则需要建立一个稳定的工作基点，但实际工程常会遇到无稳定基准点的情况，如大面积填方场地、大范围滑坡体、地下采空区等，很难将工作基点建在稳定区域，此时若想获得监测点的绝对沉降量，需要在整个监测过程中通过光学水准测量方法观测工作基点的高程变化，无疑将增加工作量，降低效率，也无法实现自动化和实时监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统及方法，其方法步骤简单、实现方便且使用效果好，能有效解决静力水准测量时非稳定工作基点的校测与修正问题，实现了对地质体分层沉降变形的长期、远程和实时监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统，其特征在于：包括布设在地面上的基准站、布设在沉降监测区的监测站和以无线通信方式与所述监测站进行通信的监测中心，所述基准站与所述监测站之间以无线通信方式进行通信；

所述基准站为北斗卫星地面基站，且其包括第一北斗卫星信号接收机和与第一北斗卫星信号接收机相接的第一无线通信设备；