北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在建筑深基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究

趙飛

（山東省國土測繪院，濟(jì)南250102）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的逐漸加快，城市人口越來越多，對城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及建筑建設(shè)提出了更高的要求。為了更好地利用城市空間，建筑工程項目規(guī)模越來越大，這也使得建筑工程項目施工的危險性和難度也大幅提升。加強(qiáng)對深基坑變形監(jiān)測的重視，做好現(xiàn)場深基坑變形監(jiān)測工作尤為重要。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制的全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位信息的定位系統(tǒng)，用戶在服務(wù)區(qū)之內(nèi)可以隨時隨地地接收到衛(wèi)星廣播信號。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括五顆GEO 衛(wèi)星、三顆IGSO 衛(wèi)星、27 顆中圓軌道衛(wèi)星，分布在3 個平面上，每個平面包括9 顆衛(wèi)星，軌道高度約為21500km。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供授權(quán)服務(wù)和開放服務(wù)2 種服務(wù)模式，授權(quán)服務(wù)可以為授權(quán)用戶提供更安全的授時定位、測速以及通信服務(wù)。信息開放服務(wù)指的是在服務(wù)區(qū)內(nèi)為用戶免費(fèi)提供授時服務(wù)、測速服務(wù)以及定位服務(wù)。相對來說，精度要略低于授權(quán)服務(wù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與美GPS 系統(tǒng)、俄羅斯Glonass 并稱為三大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以為亞太地區(qū)各類用戶提供各種各樣的通信服務(wù)[1]。

2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的系統(tǒng)組成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國獨(dú)立自主研發(fā)的定位技術(shù)，2012 年開始為亞太地區(qū)大部分區(qū)域正是提供大面積定位覆蓋服務(wù)，并按照試驗系統(tǒng)區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)以及全球覆蓋目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)3 步走的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)定推進(jìn)。第3 步預(yù)計將在2020 年實(shí)現(xiàn)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括了空間段、用戶段以及地面段3 大部分，空間段主要包括5 顆靜止的軌道衛(wèi)星以及30 顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，是整個衛(wèi)星定位系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)。地面段包括監(jiān)測站、中控站以及注入站，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理以及監(jiān)控，可以為用戶即時生成并傳遞報文文件，是整個系統(tǒng)的核心。用戶段專門負(fù)責(zé)捕捉衛(wèi)星信號，兼容北斗終端系統(tǒng)，可以對定位信息進(jìn)行全面的結(jié)算，并獲取動態(tài)的信息內(nèi)容[2]。

2.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)完全覆蓋了我國全境以及周邊國家地區(qū)，可以做到國內(nèi)國外的無縫連接，而且北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)抗干擾能力更強(qiáng)，信號強(qiáng)度更高。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有專門的授時系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)以及短報文通信系統(tǒng)，三大系統(tǒng)的功能可以在一個體系當(dāng)中實(shí)現(xiàn)，從而更有利于進(jìn)行監(jiān)控指揮技術(shù)的發(fā)揮?？偟膩碚f，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在抗干擾能力以及安全穩(wěn)定性方面表現(xiàn)突出，具有良好的性價比，在當(dāng)前城市建設(shè)以及建筑深基坑變形監(jiān)測中有著十分重要的應(yīng)用價值[3]。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在建筑深基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究

3.1 深基坑項目變形監(jiān)測要求

在進(jìn)行建筑深基坑變形監(jiān)測的過程中，首先需要對建筑基坑周邊的地質(zhì)條件以及建筑物的分布情況進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的了解，明確可能造成建筑深基坑變形的因素，對于雜填土比較厚的區(qū)域采取復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，注漿應(yīng)用微型鋼管樁注漿、樹根樁、錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合注漿的形式。其他的面采取雙排樁支護(hù)，保證支護(hù)效果。在開挖基坑的過程中，要求施工人員還需要做好及時的變形監(jiān)測以及地下水位監(jiān)測活動，并且在施工的過程之中一旦發(fā)現(xiàn)問題就趕緊通知相關(guān)部門來對其進(jìn)行解決，采取實(shí)時動態(tài)管理的模式盡可能地減少基坑支護(hù)，來對具體的施工項目的安全性和可靠性進(jìn)行保證，避免施工過程對周圍建筑環(huán)境以及地質(zhì)條件所造成的破壞和影響。然后，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)范以及區(qū)域特征，設(shè)置好基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值。一般情況下，當(dāng)邊坡頂水平位移、坡頂豎向位移絕對值大于55mm 時，便需要進(jìn)行報警[4]。

3.2 監(jiān)測實(shí)施過程

3.2.1 設(shè)備簡介

站點(diǎn)接收機(jī)采用南方測繪生產(chǎn)的SM02 改進(jìn)型專業(yè)變形監(jiān)測接收機(jī)。接收機(jī)針對變形監(jiān)測系統(tǒng)的工程特點(diǎn)研發(fā)而成，可接收GPS、GLONSS、BDS 3 種衛(wèi)星系統(tǒng)。主機(jī)采用嵌入式Linux 系統(tǒng)，集數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)通信傳輸、智能供電及防雷功能于一體，綜合解決了監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜環(huán)境的諸多難題，提供整套的技術(shù)解決方案，滿足各種應(yīng)用需求。

3.2.2 安裝調(diào)試

變形監(jiān)測系統(tǒng)選取的是單基點(diǎn)解算方式，每個監(jiān)測點(diǎn)都是一個基準(zhǔn)站和多個地表變形監(jiān)測點(diǎn)位來共同構(gòu)成。在變形監(jiān)測區(qū)域以外選取了適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)點(diǎn)之后，將天線固定在安裝支架上，基準(zhǔn)站的主機(jī)放置在現(xiàn)場站內(nèi)；監(jiān)測點(diǎn)的位置一般需要通過對于現(xiàn)場進(jìn)行勘查來進(jìn)行確定，其需要滿足距離適合且在前端集成站內(nèi)以便于養(yǎng)護(hù)。

1）踏勘及選址。實(shí)地踏勘并結(jié)合監(jiān)測區(qū)域現(xiàn)狀圖合理選點(diǎn)：布點(diǎn)遵循位置高度角10°以上無障礙物，周圍無大功率電磁干擾源，且干灘較長，多路徑效應(yīng)不明顯。本次監(jiān)測基于試驗?zāi)康?，布置測點(diǎn)2 個，基準(zhǔn)點(diǎn)1 個。監(jiān)測基準(zhǔn)站及監(jiān)測點(diǎn)布置分別由于監(jiān)測基點(diǎn)開始選點(diǎn)時可選擇位置限制，受周圍樹木、工棚等遮擋較多，不得不采用鋼管混凝土進(jìn)行加高。

2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由衛(wèi)星信號(GNSS)接收機(jī)(包含監(jiān)測站及基準(zhǔn)站)及其他各類監(jiān)測傳感器等組成。衛(wèi)星信號接收機(jī)采用南方SM02 改進(jìn)型高精度多頻多星座系統(tǒng)主板GNSS 接收機(jī)，并采用能有效抑制多路徑效應(yīng)的影響的大地形扼流圈天線，結(jié)合不妥協(xié)的穩(wěn)定相位中心(小于0.8mm)也可抑制射頻干擾，以保證系統(tǒng)更安全可靠；其余監(jiān)測傳感器均采用目前行業(yè)最先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)及設(shè)備實(shí)時監(jiān)測目標(biāo)。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

監(jiān)測點(diǎn)的安裝在基坑開挖后進(jìn)行，能夠看到2 個觀測點(diǎn)的水平偏位是滿足要求的。另外，BDS1 的水平偏位的最大值為14mm，偏位變化比較大；BDS2 的水平偏位最大值為5mm，偏位變化比較小。

4 結(jié)語

綜上所述，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在建筑深基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用能夠達(dá)到規(guī)范和設(shè)計的監(jiān)測要求，通過北斗衛(wèi)星的相位差技術(shù)對其進(jìn)行檢測，可以明顯地提高設(shè)計和規(guī)范的精準(zhǔn)度，從而確保了輸出的報表能夠滿足工程項目的基本要求。另外，工程建設(shè)施工人員在對基坑各個觀測點(diǎn)進(jìn)行選擇時，對于基準(zhǔn)點(diǎn)選擇要求其需要處于開闊地帶，沒有明顯的障礙物對其造成影響，并且對其按照分級配置，從而能夠為建筑項目的正常建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。