基于北斗地基增强系统的形变监测系统及应用效果研究

2021-01-10黄冬贵张奕童

建材与装饰 2020年36期

黄冬贵，张奕童

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545616）

近年来，北斗地基增强系统的功能不断增加，基于此技术构建的形变监测系统，在实际应用中可获得积极的效果，发挥着重要的作用。在实际应用中要结合应用场景和需求，进行系统功能的设计与优化，切实保障系统应用价值的实现，为各项工作的开展提供技术支持。

1 北斗地基增强系统的发展现状

截至2019 年6 月25 日，我国已成功发射四十六颗北斗导航卫星，第四十六颗卫星，通过组网的完整，北斗系统面向全球的覆盖能力和服务性能，得到极大的提升。随着物联网、5G、IPV6、云计算和边缘计算等新一代信息技术的发展，北斗卫星导航定位系统也日趋深入到传感网、物联网、数字镜像、智慧城市、自动驾驶、智能交通等众多应用领域，北斗卫星导航定位系统以其全球统一时间系统、全球统一坐标系统的便利性成为新一代信息技术的基础设施。相对来说，北斗卫星导航定位、协同精密定位等技术在轻轨地面沉降和轨道桥梁形变监测这一领域未能得到充分研究发掘并加以运用，仍具有极大的研究和发展空间。

2 基于北斗地基增强系统的形变监测系统应用

2.1 技术应用背景

以柳州轨道交通项目为例，其建成之后将会解决很大的交通需求，带动相关地点之间的高效通行。目前，工程已经进入了建设环节，预计2022 年能够投入使用，届时会产生很大的交通带动效益，创造积极的效益。截至2019 年6 月，1 号线一期土建工程正在抓紧施工中，2 号线一期南段土建工程正在抓紧施工中，2020 年将实现2 号线南段空载试运营，2022 年力争将1、2 号线全线正式开通试运营。与此同时，轨道交通3、4 号线正在建设筹备中。待当前的线路全部完成后，将会形成区域交通网，为社会经济的现代化发展装上“轮子”，加快社会经济的进程。

2.2 监测技术的需求

目前，各地区都在积极开展城市轨道交通网的建设，随之而来的施工与运行事故引起人们高度重视。引发事故的原因中，地面沉陷塌陷和桥梁变形、轨道形变等为主要因素。此类事故属于缓变型的地质灾害，难以有效察觉，当发生时则会造成重大灾害。做好防治沉降和形变措施，有着重要的意义。通过采取先进的监测技术，配置完善的监测设施，实施连续监测模式，可获得事前预警的效果。现有的各类技术手段，例如水准测量和三角高程测量以及数字摄影测量技术等，虽然可获得不错的监测效果，但是作业效率低下且作业强度很大。采用的三角高程测量，难以达到长距离监测或者超长距离监测。若采用数字测量技术手段，成本较高。常用的GPS 系统，为美国的卫星导航定位系统，不能成为可依赖的系统。

2.3 监测技术的应用效果分析

基于北斗地基增强系统的形变监测系统应用，具有以下优势：①技术可行性。实施的观察任务，目的是采集地面高程数据信息的情况，进而分析沉降的特点。利用课题中提到的技术，设置相应的基准站以及监测站，辅助任务的执行，采集所需的数据信息，借助无线传输渠道，达到数据精准传送与快速分析的目的；②测量精度的可靠性。基于北斗的滑坡和地面沉降等形变监测系统可以提供高精度的位移测量数据，本中心共建单位产品定位精度达到毫米级，角度变化监测精度优于±0.5°，在1m 基线长度情况下可达到±0.1°的精度，目前已经在区内外和东盟国家的地质灾害监测和建筑物沉降监测等领域得到应用。基于卫星定位的形变监测测量可以提供连续不断的数据，测量精度稳定可靠；③监测服务的高效性。北斗卫星定位系统的接收机可以实现野外监测数据的自动化采集，人工参与度低，可以有效消除天气、气候、人员等因素造成的工作延迟，同时有效避免了人为误差。北斗接收终端接收到卫星数据，远程实时传递到数据处理中心进行解算，数据传输、数据处理效率高；④监测服务的连续性。现有的技术方法在实际运用中，可发挥积极作用。联合各设施，形成业务所需的系统，能够实现连续采集的效果，为分项任务的执行提供支持与保障，保障定位的准确性。最突出的优势为，可实现在恶劣情境下的作业，采集精准度的数据信息。此技术的实际应用，实现导航功能，同时兼具短信功能，若遇到了通信突然无法连通的情况，也能达到监测的要求，采集准确的数据，为沉降的动态控制提供支持。

3 基于北斗地基增强系统的形变监测系统应用总结

3.1 构建针对性形变监测系统

从促进工程安全生产和稳定运行的角度分析，基于北斗地基增强系统，构建形变监测系统，主要是在监测区域内布置多个监测点，借助高性能水平的接收机，进行GNSS 数据信息的采集，完成坐标的计算，获得每个点位的偏移量，同时和原始数据信息对比，获得形变位移的累积变化量，运用智能控制软件算法，自动化完成数据的拟合，同时预测位移的发展变化规律。构建的形变监测系统，具有自动报警功能，当产生形变超限的情况，能够自动报警[1]。

构建的形变监测系统，配置了多类型传感器，融合了通信技术和网络技术以及遥感技术等，能够为铁路和高速公路等设施建设工作的开展，提供强有力的技术支持。根据监测的需求，搭建具有监测功能、处理功能和挖掘功能等的形变监测平台，能够实现实时位移监测以及形变分析，可达到厘米到毫米级的水平，获得高质量的监测效果[2]。

构建的形变监测系统，主要功能的形变监测。其功能的实现，主要是通过北斗地基增强系统的定位信号增强实现。常用的网络结构，主要为直联模式与级联模式。运用直接监测手段，依靠当前的新系统，利用系统配置的专用设备，构建监测网络。设置的监测点，采取直接和地基增强系统基准站联测的方式，实现对工程形变的监测。具体分析如下：①直联设计模式。在实际应用中若想获得高质量的结果，必须做好系统运行效果的把控，同时减少联测操作。若监测站与北斗地基增强系统之间的距离很远，那么要用相对长的时间完成模糊度固定，使作业时间增加，影响变形监测作业的效率[3]；②级联设计模式和直联监测模式差异，其在构建的形变监测系统所依据的基准网基础上建立。采用此方法，选择形变监测区域周围设置基准站，使新建的基准站能够和周围存在的地基增强系统的基准站实现联测，达到增强监测效果的目的，如图1 所示。

图1 连接模式（左侧为级联模式；右侧为直联模式）

实际应用中为保障形变监测作业需求得到满足，必须要结合工程类型和特点，选择适宜的构建方案，构建高水平的监测系统，为后续的监测作业提供支持与保障。这需要做好技术应用优势与效果的对比分析，优选适宜的方法[4]。

3.2 做好系统应用环节的把控

基于北斗地基增强系统构建的形变监测系统，为实现系统的应用价值与效果，要做好系统应用环节的有力把控。在建设与运行环节，根据形变监测的要求，设置相应的监测内容，做好监测质量的把控，确保形变监测工作的质量达标。以桥梁形变监测为例，主要内容如下：①墩台。按照监测要求，对墩台要在不同的垂直方向实施监测；同时对墩台在上下游的水平位移进行观测；沿桥轴线方向进行水平位移观测；②塔柱。设置塔柱顶部水平位移部分、塔柱整体倾斜等指标，根据指标特点实施监测任务，采集数据信息，动态掌握形变情况，为工程安全运行提供支持与保障，避免自然灾害的发生，保障工程价值的实现[5]。