CN104296721B - 利用基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统进行分层沉降监测的方法 - Google Patents

利用基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统进行分层沉降监测的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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,该系统包括基准站、布设在沉降监测区的监测站和与监测站进行通信的监测中心,基准站与监测站进行通信;监测站包括观测墩、安装在观测墩上的第二北斗卫星信号接收机、数据传输单元、多个分层沉降标和静力水准系统,静力水准系统包括多个静力水准仪,每个分层沉降标上均安装有一个静力水准仪,多个静力水准仪中包括一个布设在观测墩上的静力水准仪;该方法包括步骤:一、监测系统设置;二、数据采集与传输;三、数据处理与分析。本发明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。

Description

利用基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统进行分层沉降监测的方法
技术领域
[0001]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
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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、经玮仪、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。
[0005]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
[0006]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。
[0007]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;
[0008]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;
[0009]所述监测站包括第二北斗卫星信号接收机、数据传输单元、第二无线通信设备、多个分别埋设在所述沉降监测区内的分层沉降标和对所述沉降监测区进行分层沉降监测的静力水准系统,所述静力水准系统包括多个静力水准仪,每个所述分层沉降标上均安装有一个静力水准仪,多个所述静力水准仪均与数据采集单元相接,所述第二北斗卫星信号接收机和数据采集单元均与数据传输单元相接,所述监测站通过第二无线通信设备和第一无线通信设备与所述基准站进行通信;多个所述分层沉降标的结构均相同且其埋设深度均不相同,多个所述分层沉降标均呈竖直向布设,所述沉降监测区内设置有多个分别供多个所述分层沉降标安装的钻孔;所述分层沉降标包括将监测地层处的沉降量引至地面上测量的引测标杆和多个安装在引测标杆上的标杆扶正器,多个所述标杆扶正器由上至下安装在引测标杆上;所述监测站还包括布设在所述沉降监测区内的观测墩,所述观测墩呈竖直向布设;所述分层沉降标的数量为M个,其中M为正整数且M 2 2;所述静力水准仪的数量为M+1个,M+1个所述静力水准仪包括一个布设在观测墩上的静力水准仪和M个分别布设在M个所述分层沉降标上的静力水准仪;所述第二北斗卫星信号接收机安装在观测墩上;所述观测墩所处位置为所述静力水准系统的基准点,M个所述分层沉降标所处位置分别为所述静力水准系统的M个监测点;
[0010]所述监测中心包括对所述监测站所传送数据进行接收、存储与处理的服务器,所述第二北斗卫星信号接收机、第二无线通信设备和数据采集单元均通过数据传输单元与服务器进行通信。
[0011]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:所述监测站的数量为一个或多个;所述第一北斗卫星信号接收机、第二北斗卫星信号接收机和所述监测中心组成北斗卫星定位系统,所述第一北斗卫星信号接收机和第二北斗卫星信号接收机均为双频接收机;所述基准墩呈竖直向布设,所述基准墩固定在支撑基础上,所述支撑基础上安装有第一避雷针;所述基准墩和观测墩均为混凝土现浇墩;所述第一无线通信设备为无线信号发射设备,所述第二无线通信设备为无线信号接收设备,所述数据传输单元为GPRS无线通信模块,所述服务器为带有固定IP地址的服务器。
[0012]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:M+1个所述静力水准仪的结构均相同;所述静力水准仪包括储液罐、对储液罐内液位高度进行实时检测的液位检测单元、安装在储液罐上部的气体连通管和安装在储液罐底部的液体连通管,所述液体连通管和气体连通管均与储液罐内部连通;M+1个所述静力水准仪的储液罐均通过液体连通管和气体连通管相互连通,布设在M个所述监测点上的静力水准仪为监测点静力水准仪。
[0013]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:所述分层沉降标还包括安装在引测标杆正下方的标底,所述引测标杆呈竖直向布设,所述标底呈水平向布设;所述监测点静力水准仪的储液罐水平安装在引测标杆的正上方;M个所述分层沉降标的标底分别位于所述沉降监测区内M个不同深度的待监测土层上;
[0014]所述分层沉降标还包括套装在引测标杆外侧的保护套管,所述保护套管与引测标杆呈同轴布设;多个所述标杆扶正器均套装于引测标杆与保护套管之间;安装在引测标杆正上方的储液罐与保护套管呈同轴布设。
[0015]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:所述监测点静力水准仪的储液罐外侧还同轴套装有扶正套筒,所述储液罐与扶正套筒之间由上至下设置有多个储液罐扶正器,所述储液罐能在扶正套筒内进行上下移动;所述扶正套筒位于保护套管的正上方,所述扶正套筒为圆柱状套筒,所述扶正套筒的直径大于保护套管的直径且二者之间通过变径接头连接。
[0016]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:所述标底由水平安装在引测标杆底端的托盘和安装在托盘底部的插钎组成;所述保护套管的底端高度高于引测标杆的底端高度,所述保护套管底端与引测标杆之间设置环形密封圈;
[0017]所述引测标杆为无缝钢管;所述引测标杆埋入地面以下的节段为引测段,当所述弓丨测段的高度h ^ 50m时,所述引测标杆为等直径标杆;当所述引测段的高度h>50m时,所述引测标杆由多根标杆节段由下至上拼接而成,多根所述标杆节段的直径由下至上逐渐缩小;多个所述标杆节段中位于底部的标杆节段为底部节段,所述底部节段的直径不小于20mm;
[0018]所述保护套管与钻孔的孔壁之间设置有填充层,所述填充层包括细砂填充层和位于细砂填充层上方且由膨润土水泥浆灌注形成的上部填充层,所述上部填充层的顶面与钻孔的孔口相平齐且其高度为2m〜3m。
[0019]上述基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,其特征是:所述标杆扶正器固定安装在引测标杆上,所述储液罐扶正器固定安装在储液罐上;所述储液罐扶正器和标杆扶正器的结构相同且二者均为滚轮式扶正器,所述滚轮式扶正器包括呈水平布设的套环和多个沿圆周方向安装在套环外侧的滚轮,多个所述滚轮呈均匀布设且其均呈竖直向布设,所述套环和多个所述滚轮均布设在同一水平面上;所述标杆扶正器的套环同轴固定套装在引测标杆上,所述标杆扶正器与保护套管之间的间隙为1.5mm〜2.0mm,上下相邻两个所述标杆扶正器之间的间距为3m〜5m;所述储液罐扶正器的套环同轴固定套装在储液罐上,所述储液罐扶正器与扶正套筒之间的间隙为1.5mm〜2.0mm。
[0020]同时,本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、监测效果好的基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
[0021 ]步骤一、监测系统设置:对所述基准站进行布设,并在所述沉降监测区域内设置所述监测站;
[0022]步骤二、数据采集与传输:步骤一中所述基准站的第一无线通信设备,将所述基准站所布设位置处的坐标信息和第一北斗卫星信号接收机实时接收的北斗卫星信号同步传送至所述监测站的第二无线通信设备;与此同时,所述监测站的静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据进行实时监测,且所述监测站的数据传输单元将第二无线通信设备所接收的所述基准站所传送数据、第二北斗卫星信号接收机实时接收的北斗卫星信号和所述静力水准系统实时监测到的沉降监测数据同步传输至所述监测中心的服务器;
[0023]步骤三、数据处理与分析:所述服务器接收到所述监测站所传送数据后,对所接收数据同步进行处理与分析,过程如下:
[0024]步骤301、差分定位:根据第一北斗卫星信号接收机和第二北斗卫星信号接收机所接收的北斗卫星信号,对各测试时刻所述沉降监测区域内的基准点的位置进行差分定位;
[0025]步骤302、时间同步处理:对各测试时刻所接收数据进行时间同步处理;
[0026]步骤303、M个监测点各测试时刻的沉降量数据获取:先根据所述基准点的差分定位结果,得出各测试时刻所述基准点的沉降量数据;之后,根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合各测试时刻所述基准点的沉降量数据,得出各测试时刻所述沉降监测区域内M个所述监测点的沉降量数据。
[0027] 上述方法,其特征是:步骤302中进行时间同步处理时,所述服务器连接卫星授时服务器且其以北斗授时设备作为时间基准,通过内插法对第一北斗卫星信号接收机和第二北斗卫星信号接收机的北斗卫星信号接收时间与所述静力水准系统的沉降监测时间进行同步处理;其中,所采用的内插法为最小二乘法;
[0028]所述监测中心还包括与服务器相接的数据分析终端;步骤303中获取M个监测点各测试时刻的沉降量数据后,所述数据分析终端根据所获取的M个监测点各测试时刻的沉降量数据,绘制出各监测点的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线,并根据绘制出的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线进行沉降趋势预测和稳定性分析。
[0029]上述方法,其特征是:步骤二中所述静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据,为数据采集单元所采集的M+1个所述静力水准仪的液位高度数据;
[0030]步骤三中所述服务器接收到的初始时刻所述监测站所传送数据为初始监测数据;
[0031]步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取之前,服务器先根据时间同步处理后的所述初始监测数据,获得初始时刻M个监测点上所安装静力水准仪的液位高度数据;
[0032]步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取时,各测试时刻M个监测点的沉降量数据获取过程均相同;对任一个测试时刻M个监测点的沉降量数据进行获取时,过程如下:
[0033]步骤3031、基准点绝对沉降量获取:根据步骤301中所述基准点的差分定位结果中的高程测量数据,得出所述基准点在此测试时刻的绝对沉降量H1;
[0034]步骤3032、各监测点绝对沉降量获取:根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合步骤3031中所述基准点的绝对沉降量H1,计算得出所述沉降监测区内M个监测点在此测试时刻的绝对沉降量;M个所述监测点在此测试时刻的绝对沉降量计算过程均相同;
[0035]对M个监测点中第i个监测点在此测试时刻的绝对沉降量进行计算时,先根据公式Hig= (h1 — hig) — (hfo—hfg) (I),计算得出此测试时刻第i个监测点相对基准点的相对沉降量Hig;再根据公式Hic = Hi+Hig (2),计算得出第i监测点在此测试时刻的绝对沉降量Hic;公式(I)中hlQ为初始时刻第i个监测点上所安装静力水准仪的液位高度数据,hlg为此测试时刻第i监测点上所安装静力水准仪的液位高度数据,hfQ为初始时刻所述基准点上所安装静力水准仪的液位高度数据,hfgS此测试时刻所述基准点上所安装静力水准仪的液位高度数据。
[0036]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0037] 1、所采用的分层沉降监测系统结构简单、设计合理且投入成本较低,施工方便。
[0038] 2、使用效果好,集合了北斗卫星定位系统全天候、全天时和高可靠性定位测量,静力水准测量系统高精度、实时性、长期观测稳定可靠,以及传统分层沉降标可靠性强、灵敏度高、与被测土层结合性好等优点,实现了对地质体深层变形的自动、实时、连续的数据采集、传输和分析,可准确监测地质体的沉降变形情况,为安全预警提供可靠资料。
[0039] 3、通过北斗卫星定位系统测定静力水准测量系统基准点(也称工作基点)的高程变化,无需满足光学水准测量通视条件即可进行监测基准网联测,可对基准点实时检核,非常适合大面积填方场地、边坡工程和地下采空区等无稳定基准点或基准点易发生变化工程以及不便人工测量的特殊环境监测。
[0040] 4、实现了对地质体分层沉降变形的自动化、远程和实时监测,解决了静力水准测量时,非稳定的工作基点沉降变形的自动测量、校测与修正问题。
[0041] 5、所采用的北斗卫星接收机、静力水准仪、分层沉降标等设备和装置,技术成熟可靠,相关配件加工方便、安装操作简单。
[0042] 6、所采用的分层沉降监测方法步骤简单、设计合理且监测效果好,所采用的分层沉降监测系统包括基准站、监测站和监测中心,其中基准站设置一台北斗卫星接收机,监测站包括工作基点与监测点,工作基点处的静力水准仪与北斗卫星接收机安装在同一观测墩上,监测点处的静力水准仪与分层沉降标的引测标杆同轴连接。北斗卫星接收机与静力水准仪同步数据采集,数据经数据传输单元传送至监测中心的服务器中进行处理和存储,监测中心将数据进行时间同步,得到相同观测时刻静力水准测量系统工作基点的沉降量和各监测点在相对于工作基点的沉降量,其中各监测点相对工作基点的沉降量与对应工作基点的沉降之和为各分层监测点的绝对沉降量值,因此本发明能得到静力水准测量系统工作基点和监测点的沉降量。因而,采用本发明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。
[0043] 7、实用价值高且适用面广,也能用于地表沉降监测,此时只需采用地表沉降观测墩代替分层沉降标,静力水准仪安装在地表沉降观测墩上,工作基点的设置方式不变。
[0044]下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0045]图1为本发明所采用分层沉降监测系统的结构示意图。
[0046]图2为本发明静力水准测量系统的结构示意图。
[0047]图3为本发明监测点上静力水准仪与分层沉降标的结构示意图。
[0048]图4为本发明扶正器的结构示意图。
[0049]附图标记说明:
[0050] 一第一北斗卫星信号接收机; 1_2一第一无线通信设备;
[0051] 1-3 一基准域; 1-4 一第一避雷针; 1-5—第一供电设备;
[0052] 1-6—支撑基础;
[0053] 2-丨一第二北斗卫星信号接收机; 2_2 一分层沉降标;
[0054] 2-21一引测标杆; 2-22—标杆扶正器; 2-23—标底;
[0055] 2-231—托盘; 2-232—插钎; 2-24—保护套管;
[0056] 2-3一静力水准仪; 2-31—储液Si; 2-32一气体连通管;
[0057] 2-33—液体连通管; 2-34—浮筒; 2-35—液位传感器;
[0058] 2-36—储液罐扶正器;2-37—扶正套筒; 2_4—数据传输单元;
[0〇59] 2-5一数据米集单兀; 2-6—第二无线通信设备;
[0060] 2-7 一观测域; 2-8—第二供电设备; 2-9—环形密封圈;
[0061] 2-10—第二避雷针; 2-11—集线箱; 3-1—服务器;
[0062] 3-2一网络通信设备; 3_3—数据分析终端; 4一待监测土层;
[0063] 5—钻孔; 6—细砂填充层; 6-1—套环;
[0064] 6-2一滚轮; 7—上部填充层; 8一电缆;
[0065] 9—变径接头。
具体实施方式
[0066]如图1所示的一种基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统,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。
[0067]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1-1和与第一北斗卫星信号接收机1-1相接的第一无线通信设备1-2。
[0068]所述监测站包括第二北斗卫星信号接收机2-1、数据传输单元2-4、第二无线通信设备2-6、多个分别埋设在所述沉降监测区内的分层沉降标2-2和对所述沉降监测区进行分层沉降监测的静力水准系统,所述静力水准系统包括多个静力水准仪2-3,每个所述分层沉降标2-2上均安装有一个静力水准仪2-3,多个所述静力水准仪2-3均与数据采集单元2-5相接,所述第二北斗卫星信号接收机2-1和数据采集单元2-5均与数据传输单元2-4相接,所述监测站通过第二无线通信设备2-6和第一无线通信设备1-2与所述基准站进行通信。多个所述分层沉降标2-2的结构均相同且其埋设深度均不相同,多个所述分层沉降标2-2均呈竖直向布设,所述沉降监测区内设置有多个分别供多个所述分层沉降标2-2安装的钻孔5。所述分层沉降标2-2包括将监测地层处的沉降量引至地面上测量的引测标杆2-21和多个安装在引测标杆2-21上的标杆扶正器2-22,多个所述标杆扶正器2-22由上至下安装在引测标杆2-21上。所述监测站还包括布设在所述沉降监测区内的观测墩2-7,所述观测墩2-7呈竖直向布设。所述分层沉降标2-2的数量为M个,其中M为正整数且M 2 2。所述静力水准仪2-3的数量为M+1个,M+1个所述静力水准仪2-3包括一个布设在观测墩2-7上的静力水准仪2-3和M个分别布设在M个所述分层沉降标2-2上的静力水准仪2-3。所述第二北斗卫星信号接收机2-1安装在观测墩2-7上。所述观测墩2-7所处位置为所述静力水准系统的基准点,M个所述分层沉降标2-2所处位置分别为所述静力水准系统的M个监测点。
[0069]所述监测中心包括对所述监测站所传送数据进行接收、存储与处理的服务器3-1,所述第二北斗卫星信号接收机2-1和数据采集单元2-5均通过数据传输单元2-4与服务器3-1进行通ί目。
[0070]本实施例中,M个所述分层沉降标2-2布设在同一直线上,且Μ+1个所述静力水准仪2-3均布设在同一直线上。M个所述分层沉降标2-2的埋设深度由前至后逐渐增大。
[0071 ]实际使用时,由于第二北斗卫星信号接收机2-1和位于基准点上的静力水准仪2-3均安装在观测墩2-7上,使得所述基准点上的静力水准仪2-3与第二北斗卫星信号接收机2-1能实现同步沉降。
[0072]本实施例中,所述数据传输单元2-4的数量为两个,所述第二北斗卫星信号接收机2-1和数据采集单元2-5各用一个数据传输单元2-4。
[0073] 本实施例中,所述基准站还包括第一供电设备1-5、基准墩1-3和布设在基准墩1-3上的第一避雷针1-4,所述基准墩1-3呈竖直向布设,所述第一供电设备1-5、第一北斗卫星信号接收机1-1和第一无线通信设备1-2均安装在基准墩1-3上,所述第一北斗卫星信号接收机1-1和第一无线通信设备1-2均与第一供电设备1-5相接。
[0074]实际布设安装时,所述基准墩1-3固定在支撑基础1-6上,所述支撑基础1-6上安装有第一避雷针1-4。本实施例中,所述基准墩1-3为混凝土现浇墩。
[0075]本实施例中,所述监测中心还包括与服务器3-1相接的数据分析终端3-3。
[0076]同时,所述监测中心包括网络通信设备3-2,所述服务器3-1和数据分析终端3-3均与网络通信设备3-2相接,所述数据分析终端3-3通过网络通信设备3-2与服务器3-1通信。
[0077]实际使用时,所述监测站的数量为一个或多个。
[0078]本实施例中,所述监测站的数量为一个。实际监测时,可以根据具体需要,对所述监测站的数量进行相应调整。
[0079] 本实施例中,所述观测墩2-7为混凝土现浇墩。
[0080]并且,所述观测墩2-7上设置有集线箱2-11。本实施例中,所述数据传输单元2-4、第二无线通信设备2-6和数据采集单元2-5均安装在观测墩2-7上。
[0081]同时,所述监测站还包括第二供电设备2-8,所述第二北斗卫星信号接收机2-1、数据传输单元2-4、第二无线通信设备2-6和数据采集单元2-5均与第二供电设备2-8相接。所述第二供电设备2-8安装在观测墩2-7上。
[0082]本实施例中,所述监测站还包括布设在观测墩2-7周侧的第二避雷针2-10,所述第二避雷针2-10与第二北斗卫星信号接收机2-1天线之间的水平距离不少于3m且其顶部高出第二北斗卫星信号接收机2-1的天线不少于3m。所述支撑基础1-6上所装第一避雷针1-4与第一北斗卫星信号接收机1-1天线之间的水平距离不少于3m且其顶部高出第一北斗卫星信号接收机1-1的天线不少于3m。
[0083] 实际安装时,所述第一避雷针1-4和第二避雷针2-10均通过绝缘铜质导线引至地下。
[0084]本实施例中,所述第一供电设备1-5和第二供电设备2-8均包括太阳能电池板、蓄电池和供电模块,所述太阳能电池板和所述蓄电池均与所述供电模块相接。
[0085]本实施例中,M+1个所述静力水准仪2-3的结构均相同。结合图2和图3,所述静力水准仪2-3包括储液罐2-31、对储液罐2-31内液位高度进行实时检测的液位检测单元、安装在储液罐2-31上部的气体连通管2-32和安装在储液罐2-31底部的液体连通管2-33,所述液体连通管2-33和气体连通管2-32均与储液罐2-31内部连通。M+1个所述静力水准仪2-3的储液罐2-31均通过液体连通管2-33和气体连通管2-32相互连通,布设在M个所述监测点上的静力水准仪2-3为监测点静力水准仪。
[0086]因而,M+1个所述静力水准仪2-3采用串联方式,所述基准点上所安装静力水准仪2-3的储液罐2-31分别与M个监测点上所安装静力水准仪2-3的储液罐2-31通过液体连通管2-33和气体连通管2-32相互连通,从而能实现多个监测点的多点联测。
[0087] 本实施例中,M = 3。
[0088]实际布设安装时,可以根据具体需要,对M的数量大小进行相应调整。
[0089]所述液位检测单元为浮子式检测单元,所述浮子式检测单元包括位于储液罐2-31内的浮筒2-34和安装在浮筒2-34上的液位传感器2-35,所述液位传感器2-35与数据采集单元2-5相接。
[0090]实际使用时,所述液位传感器2-35为电感调频式、光电式、电容式或差动变压器式液位传感器。本实施例中,所述液位传感器2-35为电感调频式液位传感器。
[0091]本实施例中,数据传输单元2-4、第二无线通信设备2-6和数据采集单元2-5均安装在集线箱2-11内。
[0092]实际接线时,M+1个所述静力水准仪2-3的液位传感器2-35均通过电缆8引至集线箱2-11内。并且,所述第二供电设备2-8中的蓄电池和供电模块均安装在集线箱2-11内。
[0093]本实施例中,所述数据采集单元2-5包括主控单元以及分别与所述主控单元相接的模数转换单元和数据存储单元,所述数据传输单元2-4包括CPU控制模块以及分别与所述(PU控制模块相接的无线通讯模块和电源模块,所述无线通讯模块为GPRS无线通讯模块。
[0094]本实施例中,所述第一北斗卫星信号接收机1-1和第二北斗卫星信号接收机2-1均为双频接收机。所述第一无线通信设备1-2为无线信号发射设备,所述第二无线通信设备2-6为无线信号接收设备,所述数据传输单元2-4为GPRS无线通信模块,所述服务器3-1为带有固定IP地址的服务器。
[0095]实际使用时,所述数据传输单元2-4也可以采用其它类型的无线通讯模块。
[0096]本实施例中,所述第一无线通信设备1-2为发射电台,所述第二无线通信设备2-6为接收电台。所述发射电台和所述接收电台的工作频道相同,所述接收电台的主要功能是接收卫星定位数据,与所述发射电台配套使用。
[0097]本实施例中,所述第一北斗卫星信号接收机1-1、第二北斗卫星信号接收机2-1和所述监测中心组成北斗卫星定位系统,并且所述北斗卫星定位系统为对所述监测站中基准点的位置进行定位解算的系统。其中,差分定位,也叫相对定位,是根据两台及以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法。
[0098]如图2、图3所示,所述分层沉降标2-2还包括安装在引测标杆2-21正下方的标底2-23,所述引测标杆2-21呈竖直向布设,所述标底2-23呈水平向布设。所述监测点静力水准仪的储液罐2-31水平安装在引测标杆2-21的正上方。M个所述分层沉降标2-2的标底2-23分别位于所述沉降监测区内M个不同深度的待监测土层4上。
[0099]本实施例中,所述分层沉降标2-2还包括套装在引测标杆2-21外侧的保护套管2-24,所述保护套管2-24与引测标杆2-21呈同轴布设。多个所述标杆扶正器2-22均套装于引测标杆2-21与保护套管2-24之间。安装在引测标杆2-21正上方的储液罐2-31与保护套管2-24呈同轴布设。
[0100] 实际使用时,通过引测标杆2-21将待监测土层4的高程变化引至地面进行测量,所述保护套管2-24的作用是隔离周围土体对引测标杆2-21的影响,所述标杆扶正器2-22使得引测标杆2-21始终稳定地居于保护套管2-24的中心。所述监测点静力水准仪通过观测引测标杆2-21的杆顶高程变化,进而得到待监测土层4的沉降变形数据。
[0101]本实施例中,所述监测点静力水准仪的储液罐2-31外侧还同轴套装有扶正套筒2-37,所述储液罐2-31与扶正套筒2-37之间由上至下设置有多个储液罐扶正器2-36,所述储液罐2-31能在扶正套筒2-37内进行上下移动。所述扶正套筒2-37位于保护套管2-24的正上方,所述扶正套筒2-37为圆柱状套筒,所述扶正套筒2-37的直径大于保护套管2-24的直径且二者之间通过变径接头9连接。
[0102]实际加工时,所述扶正套筒2-37上开有供液体连通管2-33穿出的通孔。
[0103]本实施例中,所述扶正套筒2-37底部与储液罐2-31底部之间的距离,大于液位传感器2-35安装完成后最大量程的1.5倍。
[0104]实际使用时,所述储液罐扶正器2-36的作用是使得储液罐2-31位于扶正套筒2-37的中心。
[0105]如图3所示,所述标底2-23由水平安装在引测标杆2-21底端的托盘2-231和安装在托盘2-231底部的插钎2-232组成。
[0106]所述托盘2-231和插钎2-232均采用钢材制作,所述插钎2-232的爪型结构插入钻孔5底部的土层中与待监测土层4牢固结合为一体,托盘2-231上的覆土压力使标底2-23稳固,并能够随待监测土层4的回弹或下沉一起升降。
[0107]本实施例中,所述引测标杆2-21为无缝钢管。由于引测标杆2-21应具备足够的强度和刚度,此处采用高强度无缝钢管制作。
[0108]所述引测标杆2-21埋入地面以下的节段为引测段,当所述引测段的高度50m时,所述引测标杆2-21为等直径标杆;当所述引测段的高度h>50m时,所述引测标杆2-21由多根标杆节段由下至上拼接而成,多根所述标杆节段的直径由下至上逐渐缩小;多个所述标杆节段中位于底部的标杆节段为底部节段,所述底部节段的直径不小于20mm。因而,当引测深度h < 50m时,引测标杆2-21采用等直径标杆;当引测深度h>50m时,引测标杆2-21采用变直径标杆,采取下粗上细的塔型结构形式。
[0109]本实施例中,所述引测标杆2-21由三根标杆节段拼接而成,三根所述标杆节段由下至上分别为所述底部节段、中部节段和上部节段且其直径分别为Φ40πιπι、Φ32πιπι和Φ25mm,所述底部节段的长度为引测标杆2-21总长度的5/9,所述中部节段的长度为所述中部节段与所述上部节段总长度的5/9。因而,采用九五分割的方式确定各根标杆节段的长度。
[0110]本实施例中,所述保护套管2-24的底端高度高于引测标杆2-21的底端高度,所述保护套管2-24底端与引测标杆2-21之间设置环形密封圈2-9。
[0111]实际使用时,所述环形密封圈2-9的作用是防止保护套管2-24底部土体,侵入保护套管2-24内影响沉降测量结果。
[0112]如图3所示,所述保护套管2-24与钻孔5的孔壁之间设置有填充层,所述填充层包括细砂填充层6和位于细砂填充层6上方且由膨润土水泥浆灌注形成的上部填充层7,所述上部填充层7的顶面与钻孔5的孔口相平齐且其高度为2m〜3m。
[0113]因而,实际施工时,将保护套管2-24与钻孔5的孔壁之间灌入细砂填实,距钻孔5孔口上部2m〜3m范围内,采用膨润土水泥浆灌注将保护套管2_24固定,防止地表水顺钻孔5的孔口位置渗入地下。
[0114]本实施例中,所述标杆扶正器2-22固定安装在引测标杆2-21上,所述储液罐扶正器2-36固定安装在储液罐2-31上。
[0115]如图4所示,所述储液罐扶正器2-36和标杆扶正器2-22的结构相同且二者均为滚轮式扶正器,所述滚轮式扶正器包括呈水平布设的套环6-1和多个沿圆周方向安装在套环6-1外侧的滚轮6-2,多个所述滚轮6-2呈均匀布设且其均呈竖直向布设,所述套环6-1和多个所述滚轮6-2均布设在同一水平面上。
[0116]本实施例中,所述套环6-1外侧所装滚轮6-2的数量为三个。
[0117]本实施例中,所述标杆扶正器2-22的套环6-1同轴固定套装在引测标杆2-21上,所述标杆扶正器2-22与保护套管2-24之间的间隙为1.5mm〜2.0mm,上下相邻两个所述标杆扶正器2-22之间的间距为3m〜5m;所述储液罐扶正器2-36的套环6-1同轴固定套装在储液罐2-31上,所述储液罐扶正器2-36与扶正套筒2-37之间的间隙为1.5mm〜2.0mm。
[0118]实际使用时,所述储液罐扶正器2-36固定储液罐2-31的三等分点上,且能随储液罐2-31 —起沿扶正套筒2-37的内壁上下自由移动,储液罐扶正器2-36的最大外径与扶正套筒2-37的内径间隙为1.5mm〜2.0mm;标杆扶正器2-22固定在引测标杆2-21上,且能随引测标杆2-21沿保护套管2-24的内壁上下自由移动,标杆扶正器2-22的最大外径与保护套管2-24的内径间隙为1.5mm〜2.0mm。
[0119]同时,本发明公开一种利用如图1所示的基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统进行分层沉降监测的方法,包括以下步骤:
[0120]步骤一、监测系统设置:对所述基准站进行布设,并在所述沉降监测区域内设置所述监测站。
[0121]本实施例中,选择地质构造稳固、地势较高且无电磁干扰的区域设置所述基准站。对所述监测站进行设置时,将所述静力水准系统的基准点处的静力水准仪2-3和第二北斗卫星信号接收机2-1均安装在同一观测墩2-7上,通过北斗卫星定位系统测定所述监测站中第二北斗卫星信号接收机2-1的沉降量,进而得到所述静力水准系统的基准点的沉降量。
[0122]对引测标杆2-21进行埋设时,根据待监测土层4的深度要求,采用钻机钻探至预定深度,将分层沉降标2-2安装至待监测土层4中,并将监测点静力水准仪的储液罐2-31与所安装分层沉降标2-2的引测标杆2-21同轴连接。同时,将所安装M+1个所述静力水准仪2-3的储液罐2-31相互连通。
[0123]步骤二、数据采集与传输:步骤一中所述基准站的第一无线通信设备1-2,将所述基准站所布设位置处的坐标信息和第一北斗卫星信号接收机1-1实时接收的北斗卫星信号同步传送至所述监测站的第二无线通信设备2-6;与此同时,所述监测站的静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据进行实时监测,且所述监测站的数据传输单元2-4将第二无线通信设备2-6所接收的所述基准站所传送数据、第二北斗卫星信号接收机2-1实时接收的北斗卫星信号和所述静力水准系统实时监测到的沉降监测数据同步传输至所述监测中心的服务器3-1。
[0124]本实施例中,所述第一北斗卫星信号接收机1-1和第二北斗卫星信号接收机2-1均以2s的采样周期持续接收卫星信号。
[0125]所述第二无线通信设备2-6接收基准站所传送的数据后,传送给监测站中第二北斗卫星信号接收机2-1,监测站中第二北斗卫星信号接收机2-1将自身的观测数据及接收到的基准站的观测数据,一并通过数据传输单元2-4传送至所述监测中心中的服务器3-1中进行存储与处理。
[0126]所述第二无线通信设备2-6接收基准站所传送的数据后,结合所述监测站中第二北斗卫星信号接收机2-1自身的观测数据,一并通过数据传输单元2-4传送至所述监测中心中的服务器3-1中进行存储与处理。
[0127]实际使用时,所述静力水准测量系统通过数据采集单元2-5与所述北斗卫星定位系统同步进行数据采集,所述静力水准测量系统的沉降监测数据通过数据传输单元2-4实时传送至监测中心的服务器3-1。
[0128]步骤三、数据处理与分析:所述服务器3-1接收到所述监测站所传送数据后,对所接收数据同步进行处理与分析,过程如下:
[0129]步骤301、差分定位:根据第一北斗卫星信号接收机1-1和第二北斗卫星信号接收机2-1所接收的北斗卫星信号,对各测试时刻所述沉降监测区域内的基准点的位置进行差分定位。
[0130]步骤302、时间同步处理:对各测试时刻所接收数据进行时间同步处理。
[0131]步骤303、M个监测点各测试时刻的沉降量数据获取:先根据所述基准点的差分定位结果(即定位解算结果),得出各测试时刻所述基准点的沉降量数据;之后,根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合各测试时刻所述基准点的沉降量数据,得出各测试时刻所述沉降监测区域内M个所述监测点的沉降量数据。
[0132]本实施例中,步骤301中进行差分定位时,所述服务器3-1根据所述基准站的第一北斗卫星信号接收机1-1、所述基准站的已知坐标信息和所述监测站的第二北斗卫星信号接收机2-1所接收的北斗卫星信号,且调用定位解算模块实时进行定位解算,并得到所述静力水准系统的基准点坐标信息。同时,服务器3-1根据北斗授时功能获取观测时间。
[0133] 本实施例中,步骤302中进行时间同步处理时,所述服务器3-1连接卫星授时服务器且其以北斗授时设备作为时间基准,通过内插法对第一北斗卫星信号接收机1-1和第二北斗卫星信号接收机2-1的北斗卫星信号接收时间与所述静力水准系统的沉降监测时间进行同步处理;其中,所采用的内插法为最小二乘法。也就是说,所述服务器3-1连接卫星授时服务器且其以北斗授时设备提供的时间作为时间基准,卫星授时服务器为北斗授时设备连接的服务器。
[0134]实际使用时,通过时间同步处理,实现第一北斗卫星信号接收机1-1和第二北斗卫星信号接收机2-1与所述静力水准测量系统的沉降监测数据的时间同步。
[0135]本实施例中,步骤二中所述静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据,为数据采集单元2-5所采集的M+1个所述静力水准仪2-3的液位高度数据;
[0136]步骤三中所述服务器3-1接收到的初始时刻所述监测站所传送数据为初始监测数据;
[0137]步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取之前,服务器3-1先根据时间同步处理后的所述初始监测数据,获得初始时刻M个监测点上所安装静力水准仪2-3的液位高度数据;
[0138]步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取时,各测试时刻M个监测点的沉降量数据获取过程均相同;对任一个测试时刻M个监测点的沉降量数据进行获取时,过程如下:
[0139]步骤3031、基准点绝对沉降量获取:根据步骤301中所述基准点的差分定位结果中的高程测量数据,得出所述基准点在此测试时刻的绝对沉降量H1;
[0140]步骤3032、各监测点绝对沉降量获取:根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合步骤3031中所述基准点的绝对沉降量H1,计算得出所述沉降监测区内M个监测点在此测试时刻的绝对沉降量;M个所述监测点在此测试时刻的绝对沉降量计算过程均相同;
[0141]对M个监测点中第i个监测点在此测试时刻的绝对沉降量进行计算时,先根据公式Hlg=(hlQ-hlg) —(hfQ-hfg)⑴,计算得出此测试时刻第i个监测点相对基准点的相对沉降量Hig;再根据公式Hic = Hi+Hig(2),计算得出第i监测点在此测试时刻的绝对沉降量Hic;公式(I)中hiQ为初始时刻第i个监测点上所安装静力水准仪2-3的液位高度数据,hig为此测试时刻第i监测点上所安装静力水准仪2-3的液位高度数据,hfQ为初始时刻所述基准点上所安装静力水准仪2-3的液位高度数据,hfg为此测试时刻所述基准点上所安装静力水准仪2-3的液位高度数据。
[0142]本实施例中,所述监测中心还包括与服务器3-1相接的数据分析终端3-3;步骤303中获取M个监测点各测试时刻的沉降量数据后,所述数据分析终端3-3根据所获取的M个监测点各测试时刻的沉降量数据,绘制出各监测点的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线,并根据绘制出的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线进行沉降趋势预测和稳定性分析。
[0143]实际使用时,所述数据分析终端3-3通过网络通信设备3-2访问服务器3-1,并调用各监测点的沉降监测结果。
[0144]以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统进行分层沉降监测的方法,该分层沉降监测系统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(1-1)和与第一北斗卫星信号接收机(1-1)相接的第一无线通信设备(1-2); 所述监测站包括第二北斗卫星信号接收机(2-1)、数据传输单元(2-4)、第二无线通信设备(2-6)、多个分别埋设在所述沉降监测区内的分层沉降标(2-2)和对所述沉降监测区进行分层沉降监测的静力水准系统,所述静力水准系统包括多个静力水准仪(2-3),每个所述分层沉降标(2-2)上均安装有一个静力水准仪(2-3),多个所述静力水准仪(2-3)均与数据采集单元(2-5)相接,所述第二北斗卫星信号接收机(2-1)和数据采集单元(2-5)均与数据传输单元(2-4)相接,所述监测站通过第二无线通信设备(2-6)和第一无线通信设备(1-2)与所述基准站进行通信;多个所述分层沉降标(2-2)的结构均相同且其埋设深度均不相同,多个所述分层沉降标(2-2)均呈竖直向布设,所述沉降监测区内设置有多个分别供多个所述分层沉降标(2-2)安装的钻孔(5);所述分层沉降标(2-2)包括将监测地层处的沉降量引至地面上测量的引测标杆(2-21)和多个安装在引测标杆(2-21)上的标杆扶正器(2-22),多个所述标杆扶正器(2-22)由上至下安装在引测标杆(2-21)上;所述监测站还包括布设在所述沉降监测区内的观测墩(2-7),所述观测墩(2-7)呈竖直向布设;所述分层沉降标(2-2)的数量为M个,其中M为正整数且M > 2;所述静力水准仪(2-3)的数量为M+1个,M+1个所述静力水准仪(2-3)包括一个布设在观测墩(2-7)上的静力水准仪(2-3)和M个分别布设在M个所述分层沉降标(2-2)上的静力水准仪(2-3);所述第二北斗卫星信号接收机(2-1)安装在观测墩(2-7)上;所述观测墩(2-7)所处位置为所述静力水准系统的基准点,M个所述分层沉降标(2-2)所处位置分别为所述静力水准系统的M个监测点; 所述监测中心包括对所述监测站所传送数据进行接收、存储与处理的服务器(3-1),所述第二北斗卫星信号接收机(2-1)和数据采集单元(2-5)均通过数据传输单元(2-4)与服务器(3-1)进行通信;其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、监测系统设置:对所述基准站进行布设,并在所述沉降监测区域内设置所述监测站; 步骤二、数据采集与传输:步骤一中所述基准站的第一无线通信设备(1-2),将所述基准站所布设位置处的坐标信息和第一北斗卫星信号接收机(1-1)实时接收的北斗卫星信号同步传送至所述监测站的第二无线通信设备(2-6);与此同时,所述监测站的静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据进行实时监测,且所述监测站的数据传输单元(2-4)将第二无线通信设备(2-6)所接收的所述基准站所传送数据、第二北斗卫星信号接收机(2-1)实时接收的北斗卫星信号和所述静力水准系统实时监测到的沉降监测数据同步传输至所述监测中心的服务器(3-1); 步骤三、数据处理与分析:所述服务器(3-1)接收到所述监测站所传送数据后,对所接收数据同步进行处理与分析,过程如下: 步骤301、差分定位:根据第一北斗卫星信号接收机(1-1)和第二北斗卫星信号接收机(2-1)所接收的北斗卫星信号,对各测试时刻所述沉降监测区域内的基准点的位置进行差分定位; 步骤302、时间同步处理:对各测试时刻所接收数据进行时间同步处理; 步骤303、M个监测点各测试时刻的沉降量数据获取:先根据所述基准点的差分定位结果,得出各测试时刻所述基准点的沉降量数据;之后,根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合各测试时刻所述基准点的沉降量数据,得出各测试时刻所述沉降监测区域内M个所述监测点的沉降量数据; 步骤二中所述静力水准系统对所述沉降监测区域内基准点和各监测点的沉降监测数据,为数据采集单元(2-5)所采集的M+1个所述静力水准仪(2-3)的液位高度数据; 步骤三中所述服务器(3-1)接收到的初始时刻所述监测站所传送数据为初始监测数据; 步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取之前,服务器(3-1)先根据时间同步处理后的所述初始监测数据,获得初始时刻M个监测点上所安装静力水准仪(2-3)的液位高度数据; 步骤303中进行沉降监测区域内各监测点的沉降量数据获取时,各测试时刻M个监测点的沉降量数据获取过程均相同;对任一个测试时刻M个监测点的沉降量数据进行获取时,过程如下: 步骤3031、基准点绝对沉降量获取:根据步骤301中所述基准点的差分定位结果中的高程测量数据,得出所述基准点在此测试时刻的绝对沉降量H1; 步骤3032、各监测点绝对沉降量获取:根据步骤302中时间同步处理后的所述静力水准系统监测到的沉降监测数据,并结合步骤3031中所述基准点的绝对沉降量H1,计算得出所述沉降监测区内M个监测点在此测试时刻的绝对沉降量;M个所述监测点在此测试时刻的绝对沉降量计算过程均相同; 对M个监测点中第i个监测点在此测试时刻的绝对沉降量进行计算时,先根据公式Hlg =(hl0 — hlg) —(hfQ — hfg)(l),计算得出此测试时刻第i个监测点相对基准点的相对沉降量Hig;再根据公式Hi。= Hi+Hig(2),计算得出第i个监测点在此测试时刻的绝对沉降量Hi。;公式(I)中hiQ为初始时刻第i个监测点上所安装静力水准仪(2-3)的液位高度数据,hid此测试时刻第i个监测点上所安装静力水准仪(2-3)的液位高度数据,hfQ为初始时刻所述基准点上所安装静力水准仪(2-3)的液位高度数据,hfgS此测试时刻所述基准点上所安装静力水准仪(2-3)的液位高度数据。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:所述监测站的数量为一个或多个;所述第一北斗卫星信号接收机(1-1)、第二北斗卫星信号接收机(2-1)和所述监测中心组成北斗卫星定位系统,所述第一北斗卫星信号接收机(1-1)和第二北斗卫星信号接收机(2-1)均为双频接收机;第一北斗卫星信号接收机(1-1)和第一无线通信设备(1-2)均安装在基准墩(1-3)上,所述基准墩(1-3)呈竖直向布设,所述基准墩(1-3)固定在支撑基础(1-6)上,所述支撑基础(1-6)上安装有第一避雷针(1-4);所述基准墩(1-3)和观测墩(2-7)均为混凝土现浇墩;所述第一无线通信设备(1-2)为无线信号发射设备,所述第二无线通信设备(2-6)为无线信号接收设备,所述数据传输单元(2-4)为GPRS无线通信模块,所述服务器(3-1)为带有固定IP地址的服务器。
3.按照权利要求1或2所述的方法,其特征在于:M+1个所述静力水准仪(2-3)的结构均相同;所述静力水准仪(2-3)包括储液罐(2-31)、对储液罐(2-31)内液位高度进行实时检测的液位检测单元、安装在储液罐(2-31)上部的气体连通管(2-32)和安装在储液罐(2-31)底部的液体连通管(2-33),所述液体连通管(2-33)和气体连通管(2-32)均与储液罐(2-31)内部连通;M+1个所述静力水准仪(2-3)的储液罐(2-31)均通过液体连通管(2-33)和气体连通管(2-32)相互连通,布设在M个所述监测点上的静力水准仪(2-3)为监测点静力水准仪。
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于:所述分层沉降标(2-2)还包括安装在引测标杆(2-21)正下方的标底(2-23),所述引测标杆(2-21)呈竖直向布设,所述标底(2-23)呈水平向布设;所述监测点静力水准仪的储液罐(2-31)水平安装在引测标杆(2-21)的正上方;M个所述分层沉降标(2-2)的标底(2-23)分别位于所述沉降监测区内M个不同深度的待监测土层(4)上; 所述分层沉降标(2-2)还包括套装在引测标杆(2-21)外侧的保护套管(2-24),所述保护套管(2-24)与引测标杆(2-21)呈同轴布设;多个所述标杆扶正器(2-22)均套装于引测标杆(2-21)与保护套管(2-24)之间;安装在引测标杆(2-21)正上方的储液罐(2-31)与保护套管(2-24)呈同轴布设。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:所述监测点静力水准仪的储液罐(2-31)外侧还同轴套装有扶正套筒(2-37),所述储液罐(2-31)与扶正套筒(2-37)之间由上至下设置有多个储液罐扶正器(2-36),所述储液罐(2-31)能在扶正套筒(2-37)内进行上下移动;所述扶正套筒(2-37)位于保护套管(2-24)的正上方,所述扶正套筒(2-37)为圆柱状套筒,所述扶正套筒(2-37)的直径大于保护套管(2-24)的直径且二者之间通过变径接头(9)连接。
6.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:所述标底(2-23)由水平安装在引测标杆(2-21)底端的托盘(2-231)和安装在托盘(2-231)底部的插钎(2-232)组成;所述保护套管(2-24)的底端高度高于引测标杆(2-21)的底端高度,所述保护套管(2-24)底端与引测标杆(2-21)之间设置环形密封圈(2-9); 所述引测标杆(2-21)为无缝钢管;所述引测标杆(2-21)埋入地面以下的节段为引测段,当所述引测段的高度50m时,所述引测标杆(2-21)为等直径标杆;当所述引测段的高度h>50m时,所述引测标杆(2-21)由多根标杆节段由下至上拼接而成,多根所述标杆节段的直径由下至上逐渐缩小;多个所述标杆节段中位于底部的标杆节段为底部节段,所述底部节段的直径不小于20mm; 所述保护套管(2-24)与钻孔(5)的孔壁之间设置有填充层,所述填充层包括细砂填充层(6)和位于细砂填充层(6)上方且由膨润土水泥浆灌注形成的上部填充层(7),所述上部填充层(7)的顶面与钻孔(5)的孔口相平齐且其高度为2m〜3m。
7.按照权利要求5所述的方法,其特征在于:所述标杆扶正器(2-22)固定安装在引测标杆(2-21)上,所述储液罐扶正器(2-36)固定安装在储液罐(2-31)上;所述储液罐扶正器(2-36)和标杆扶正器(2-22)的结构相同且二者均为滚轮式扶正器,所述滚轮式扶正器包括呈水平布设的套环(6-1)和多个沿圆周方向安装在套环(6-1)外侧的滚轮(6-2),多个所述滚轮(6-2)呈均匀布设且其均呈竖直向布设,所述套环(6-1)和多个所述滚轮(6-2)均布设在同一水平面上;所述标杆扶正器(2-22)的套环(6-1)同轴固定套装在引测标杆(2-21)上,所述标杆扶正器(2-22)与保护套管(2-24)之间的间隙为1.5mm〜2.0mm,上下相邻两个所述标杆扶正器(2-22)之间的间距为3m〜5m;所述储液罐扶正器(2-36)的套环(6-1)同轴固定套装在储液罐(2-31)上,所述储液罐扶正器(2-36)与扶正套筒(2-37)之间的间隙为1.5mm〜2.0mm0
8.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤302中进行时间同步处理时,所述服务器(3-1)连接卫星授时服务器且其以北斗授时设备作为时间基准,通过内插法对第一北斗卫星信号接收机(1-1)和第二北斗卫星信号接收机(2-1)的北斗卫星信号接收时间与所述静力水准系统的沉降监测时间进行同步处理;其中,所采用的内插法为最小二乘法; 所述监测中心还包括与服务器(3-1)相接的数据分析终端(3-3);步骤303中获取M个监测点各测试时刻的沉降量数据后,所述数据分析终端(3-3)根据所获取的M个监测点各测试时刻的沉降量数据,绘制出各监测点的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线,并根据绘制出的累计沉降历时曲线和沉降速率曲线进行沉降趋势预测和稳定性分析。
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