北斗卫星导航技术在建筑深基坑变形监测中的应用研究

赵飞

（山东省国土测绘院，济南250102）

1 引言

随着社会经济的不断发展和城市化进程的逐渐加快，城市人口越来越多，对城市的基础设施建设以及建筑建设提出了更高的要求。为了更好地利用城市空间，建筑工程项目规模越来越大，这也使得建筑工程项目施工的危险性和难度也大幅提升。加强对深基坑变形监测的重视，做好现场深基坑变形监测工作尤为重要。

2 北斗卫星导航系统概述

北斗卫星导航系统是我国自行研制的全天候、全天时提供卫星导航定位信息的定位系统，用户在服务区之内可以随时随地地接收到卫星广播信号。北斗卫星导航系统包括五颗GEO 卫星、三颗IGSO 卫星、27 颗中圆轨道卫星，分布在3 个平面上，每个平面包括9 颗卫星，轨道高度约为21500km。北斗卫星导航系统提供授权服务和开放服务2 种服务模式，授权服务可以为授权用户提供更安全的授时定位、测速以及通信服务。信息开放服务指的是在服务区内为用户免费提供授时服务、测速服务以及定位服务。相对来说，精度要略低于授权服务，北斗卫星导航系统与美GPS 系统、俄罗斯Glonass 并称为三大全球卫星导航系统，可以为亚太地区各类用户提供各种各样的通信服务[1]。

2.1 卫星导航技术的系统组成

北斗卫星导航系统是我国独立自主研发的定位技术，2012 年开始为亚太地区大部分区域正是提供大面积定位覆盖服务，并按照试验系统区域导航系统以及全球覆盖目标，实现3 步走的发展战略稳定推进。第3 步预计将在2020 年实现，北斗卫星导航系统包括了空间段、用户段以及地面段3 大部分，空间段主要包括5 颗静止的轨道卫星以及30 颗非静止轨道卫星组成，是整个卫星定位系统的关键基础。地面段包括监测站、中控站以及注入站，负责数据的处理以及监控，可以为用户即时生成并传递报文文件，是整个系统的核心。用户段专门负责捕捉卫星信号，兼容北斗终端系统，可以对定位信息进行全面的结算，并获取动态的信息内容[2]。

2.2 北斗卫星导航系统的优势

北斗卫星导航系统已经完全覆盖了我国全境以及周边国家地区，可以做到国内国外的无缝连接，而且北斗卫星导航系统抗干扰能力更强，信号强度更高。北斗卫星导航系统拥有专门的授时系统、导航定位系统以及短报文通信系统，三大系统的功能可以在一个体系当中实现，从而更有利于进行监控指挥技术的发挥。总的来说，北斗卫星导航系统在抗干扰能力以及安全稳定性方面表现突出，具有良好的性价比，在当前城市建设以及建筑深基坑变形监测中有着十分重要的应用价值[3]。

3 北斗卫星导航系统在建筑深基坑变形监测中的应用研究

3.1 深基坑项目变形监测要求

在进行建筑深基坑变形监测的过程中，首先需要对建筑基坑周边的地质条件以及建筑物的分布情况进行系统科学的了解，明确可能造成建筑深基坑变形的因素，对于杂填土比较厚的区域采取复合土钉墙支护结构进行支撑，注浆应用微型钢管桩注浆、树根桩、锚杆、预应力锚索联合注浆的形式。其他的面采取双排桩支护，保证支护效果。在开挖基坑的过程中，要求施工人员还需要做好及时的变形监测以及地下水位监测活动，并且在施工的过程之中一旦发现问题就赶紧通知相关部门来对其进行解决，采取实时动态管理的模式尽可能地减少基坑支护，来对具体的施工项目的安全性和可靠性进行保证，避免施工过程对周围建筑环境以及地质条件所造成的破坏和影响。然后，结合当地的建筑规范以及区域特征，设置好基坑和支护结构监测报警值。一般情况下，当边坡顶水平位移、坡顶竖向位移绝对值大于55mm 时，便需要进行报警[4]。

3.2 监测实施过程

3.2.1 设备简介

站点接收机采用南方测绘生产的SM02 改进型专业变形监测接收机。接收机针对变形监测系统的工程特点研发而成，可接收GPS、GLONSS、BDS 3 种卫星系统。主机采用嵌入式Linux 系统，集数据采集存储、数据通信传输、智能供电及防雷功能于一体，综合解决了监测系统运行复杂环境的诸多难题，提供整套的技术解决方案，满足各种应用需求。

3.2.2 安装调试

变形监测系统选取的是单基点解算方式，每个监测点都是一个基准站和多个地表变形监测点位来共同构成。在变形监测区域以外选取了适当的基准点之后，将天线固定在安装支架上，基准站的主机放置在现场站内；监测点的位置一般需要通过对于现场进行勘查来进行确定，其需要满足距离适合且在前端集成站内以便于养护。

1）踏勘及选址。实地踏勘并结合监测区域现状图合理选点：布点遵循位置高度角10°以上无障碍物，周围无大功率电磁干扰源，且干滩较长，多路径效应不明显。本次监测基于试验目的，布置测点2 个，基准点1 个。监测基准站及监测点布置分别由于监测基点开始选点时可选择位置限制，受周围树木、工棚等遮挡较多，不得不采用钢管混凝土进行加高。

2）数据采集系统。数据采集系统由卫星信号(GNSS)接收机(包含监测站及基准站)及其他各类监测传感器等组成。卫星信号接收机采用南方SM02 改进型高精度多频多星座系统主板GNSS 接收机，并采用能有效抑制多路径效应的影响的大地形扼流圈天线，结合不妥协的稳定相位中心(小于0.8mm)也可抑制射频干扰，以保证系统更安全可靠；其余监测传感器均采用目前行业最先进的监测技术及设备实时监测目标。

3.3 监测结果分析

监测点的安装在基坑开挖后进行，能够看到2 个观测点的水平偏位是满足要求的。另外，BDS1 的水平偏位的最大值为14mm，偏位变化比较大；BDS2 的水平偏位最大值为5mm，偏位变化比较小。

4 结语

综上所述，北斗卫星导航系统在建筑深基坑变形监测中的应用能够达到规范和设计的监测要求，通过北斗卫星的相位差技术对其进行检测，可以明显地提高设计和规范的精准度，从而确保了输出的报表能够满足工程项目的基本要求。另外，工程建设施工人员在对基坑各个观测点进行选择时，对于基准点选择要求其需要处于开阔地带，没有明显的障碍物对其造成影响，并且对其按照分级配置，从而能够为建筑项目的正常建设提供数据支持。