CN111239783A - 一种基于北斗/gnss的基坑智能监测及实时预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测及实时预警方法，本发明在传统测量技术中引入北斗高精度定位，结合现代无线传输技术，建立基坑水平位移实时高精度监测和数据分析系统，再引入其它基坑监测设备，实现基坑实时智能监测及主动预警。
Description
技术领域
本发明涉及基坑监测领域技术领域，特别涉及一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测及实时预警方法。
背景技术
近年来，随着城市建设的快速发展，人防建筑、地下停车场、高层建筑地下室等地下空间的开发与利用成为趋势，基坑工程正向着大而深的方向发展。在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构进行系统的监测，才能确保基坑工程的顺利施工，在出现异常情况时及时反馈，以便施工单位采取相应的措施，确保基坑安全。基坑监测一般以测量围护墙或基坑边坡顶部变形为主，顶部的水平位移变化将第一时间反应出基坑的异常。基坑监测利用全站仪实现对基坑水平位移的监测。一般而言，在普通基坑工程中，传统测量工具的应用即能满足监测要求。但是现阶段，地下工程层出不穷，地铁、管廊屡见不鲜。上述工程无一例外，对测量精度有着严格的要求，而传统测量技术，依靠光学引测不断扩大测量范围，这就导致整个测量过程引测次数不断增加，累积误差不断增大。一旦累积误差超过阈值，不仅影响结构施工，还干扰了后续工程的施工。另一方面，传统测量采用人工采集数据，数据的采集和传递的效率低下，数据采集时间间隔较长，无法实时掌握基坑的动态信息，导致在基坑出现异常时无法第一时间采取相应措施，从而将延误处理时机，造成事故。
解决上述问题的方法，应该是引入定点，减少引测次数，降低累积误差，并且应能实时反馈数据。
随着北斗组网卫星不断增加，配套定位服务不断丰富，卫星高精度定位算法不断优化，在基坑等开放空间，北斗高精度定位已可提供mm级定位精度并能反馈定位数据。
在上述成果基础上，本发明专利进一步阐述了在基坑监测中引入北斗高精度定位技术，与全站仪共同组建高精度监测系统，同时引入预警分析系统，对基坑变形实施实时预警。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，为及时了解、控制建筑施工的精度，提供一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测及实时预警方法，在传统测量技术中引入北斗高精度定位，结合现代无线传输技术，建立基坑水平位移实时高精度监测和数据分析系统，再引入其它基坑监测设备，实现基坑实时智能监测及主动预警。
技术方案：一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，具体步骤为；
1)卫星高精度定位装置接收监测数据；
2)在计算机中利用GNSS算法，通在经短基线解算、坐标转换，形成了mm级精度的监测点坐标；
3)通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
4)触发高精度监测设备对基坑变形进行实时监测，并实时提交相关监测数据。
本发明的进一步改进在于，步骤2)中，卫星高精度定位装置每1秒获取1次mm精度的数据；
每1小时输出原始坐标
(1)若存在坐标点(Xi0,n，Yi0,n)、(Xi0,(n-1)，Yi0,(n-1))使得|Xi0,n-Xi0,(n-1)|≥1cm或|Yi0,n-Yi0,(n-1)|≥1cm,利用光电测距仪测量该点的坐标，
x测,0-Xi0,3600＜1mm或y测，0-Yi0,3600＜1mm立即报警，否则算法继续；
(2)每小时原始坐标的平均值：
①若震动监测仪输出对应时段最大加速度a≥0.556mm/h2，
则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置；
若电子气泡未居中，则立即报警；
若电子气泡居中，无需报警；
②若震动监测仪输出相应时段最大加速度a＜0.556mm/h2，将超过平均值±1mm的坐标过滤，即：
若存在Xi0,m或Yi0,t，
或
则将(Xi0,m，Yi0,m),(Xi0,t,Yi0,t)过滤掉，
(3)任意过滤后数据的平均值为：
则过滤后平均值的差值为：
若存在
或
则触发高精度监测设备中的自动全站仪、光电测距仪等设备启动进行坐标复核，实测坐标点位(x测0，k,y测0，k)，将实测数据进行平差计算得
(x测，k,y测，k)；
若
或
则提取振动监测仪输出对应时段的加速度数据，
若a≥0.556mm/h2，则立即报警；
若a＜0.556mm/h2，无需报警；
若
且
表明当前时段的位移过大是受施工环境短暂影响，而非基坑开挖后的土体自主变形产生的加速度，因此无需报警；
(4)计算机解算，连续输出坐标数据过滤后的平均值为：
计算连续6小时内平均位移的均值：
计算得，
……………………
若存在
且
且
或
且
且
立即报警。
本发明的进一步改进在于，
步骤4)，通过步骤3)中的算法后预警，高精度定位监测系统触发高精度监测设备中的自动全站仪监测设备对基坑位移和沉降进行监测，将数据传输至计算机与步骤2)中卫星高精度定位装置的数据进行比对后，判断是否报警。
本发明的进一步改进在于，通过高精度监测设备中的电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪设备复核后再进行稳定性判断。
一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测系统，包括：卫星高精度定位装置、高精度监测设备、震动监测仪以及计算机；高精度监测设备，由卫星高精度定位的预警触发、启动，用于对基坑监测指标(水平、垂向位移、地下水位变化等)进行高精度监测，实时回传相关的测量数据；卫星高精度定位装置，用于接收卫星高精度定位装置天线所在位置与太空中北斗卫星的相对空间关系数据，并将数据回传至计算机；计算机，用于利用施工过程北斗/GNSS高精度快速定位算法，判别监测点是否保持稳定；震动监测仪，用于监测施工震动对卫星高精度定位装置的影响，若超过允许指标，相应时段的卫星高精度定位装置的数据，不予计算。
本发明的进一步改进在于，高精度监测设备包括电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪。
本发明的进一步改进在于，高精度监测设备，用于对基坑监测指标水平、垂向位移、地下水位变化进行高精度监测，实时回传相关的测量数据。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，至少实现了如下的有益效果：
本发明在传统测量技术中引入北斗高精度定位，结合现代无线传输技术，建立基坑水平位移实时高精度监测和数据分析系统，再引入其它基坑监测设备，实现基坑实时智能监测及主动预警。本发明每10-15分钟可以给预警结果，是否进行预警，根据预警算法确定。所有高精度监测设备，根据预警算法的结果来判断是否运行。本发明具有全天候实时基坑变形监测的功能，并能够有效控制自动化运行设备的能耗和机器损耗。本发明从预警到修正施工坐标，实现了全自动化计算，不需要人工配合，降低了运营成本。经过系统中的电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪等设备复核后再行判断，更科学、合理。过滤后数据的平均值引起的超标状况，启动自动全站仪、光电测距仪等复核验算，输出实测数据进行平差计算，大大降低了实测情况下的系统误差。
当然，实施本发明的任一产品并不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
具体实施方式
现详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
实施例1，
一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，具体步骤为；
1)卫星高精度定位装置接收监测数据；
2)在计算机中利用GNSS算法，通在经短基线解算、坐标转换，形成了mm级精度的监测点坐标；
3)通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
4)触发高精度监测设备对基坑变形进行实时监测，并实时提交相关监测数据。
基于该实施例，本发明每10-15分钟可以给预警结果，是否进行预警，根据预警算法确定。所有高精度监测设备，根据预警算法的结果来判断是否运行。本发明具有全天候实时基坑变形监测的功能，并能够有效控制自动化运行设备的能耗和机器损耗。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，步骤2)中，卫星高精度定位装置每1秒获取1次mm精度的数据；
每1小时输出原始坐标
(1)若存在坐标点(Xi0,n，Yi0,n)、(Xi0,(n-1)，Yi0,(n-1))使得
|Xi0,n-Xi0,(n-1)|≥1cm或|Yi0,n-Yi0,(n-1)|≥1cm,利用光电测距仪测量该点的坐标，
x测,0-Xi0,3600＜1mm或y测，0-Yi0,3600＜1mm立即报警，否则算法继续；
(2)每小时原始坐标的平均值：
①若震动监测仪输出对应时段最大加速度a≥0.556mm/h2，
则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置；
若电子气泡未居中，则立即报警；
若电子气泡居中，说明加速度受施工的影响，而非基坑土体变形产生的加速度，无需报警；
②若震动监测仪输出相应时段最大加速度a＜0.556mm/h2，表明环境的变化对基坑的位移的影响较小，可认为输出的数据波动是环境震动和电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应引起的，鉴于北斗定位、监测系统可达mm级的精度，因此将超过平均值±1mm的坐标过滤，即：
若存在Xi0,m或Yi0,t，
或
则将(Xi0,m，Yi0,m),(Xi0,t,Yi0,t)过滤掉，
(3)任意过滤后数据的平均值为：
则过滤后平均值的差值为：
若存在
或
则触发高精度监测设备中的自动全站仪、光电测距仪等设备启动进行坐标复核，实测坐标点位(x测0，k,y测0，k)，将实测数据进行平差计算得
(x测，k,y测，k)；
若
或
则提取振动监测仪输出对应时段的加速度数据，
若a≥0.556mm/h2，则立即报警；
若a＜0.556mm/h2，则表明当前时段的位移过大是受施工环境短暂影响，而非基坑开挖后的土体自主变形产生的加速度，因此无需报警；
若
且
表明当前时段的位移过大是受施工环境短暂影响，而非基坑开挖后的土体自主变形产生的加速度，因此无需报警；
(4)计算机解算，连续输出坐标数据过滤后的平均值为：
计算连续6小时内平均位移的均值：
计算得，
……………………
若存在
且
且
或
且
且
立即报警。
本发明的进一步改进在于，
步骤4)，通过步骤3)中的算法后预警，高精度定位监测系统触发高精度监测设备中的自动全站仪监测设备对基坑位移和沉降进行监测，将数据传输至计算机与步骤2)中卫星高精度定位装置的数据进行比对后，判断是否报警。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，通过高精度监测设备中的电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪设备复核后再进行稳定性判断。
实施例2，
一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测系统，包括：卫星高精度定位装置、高精度监测设备、震动监测仪以及计算机；高精度监测设备，由卫星高精度定位的预警触发、启动，用于对基坑监测指标(水平、垂向位移、地下水位变化等)进行高精度监测，实时回传相关的测量数据；卫星高精度定位装置，用于接收卫星高精度定位装置天线所在位置与太空中北斗卫星的相对空间关系数据，并将数据回传至计算机；计算机，用于利用施工过程北斗/GNSS高精度快速定位算法，判别监测点是否保持稳定；震动监测仪，用于监测施工震动对卫星高精度定位装置的影响，若超过允许指标，相应时段的卫星高精度定位装置的数据，不予计算。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，高精度监测设备包括电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪等。
为了进一步解释本实施例，需要说明的是，高精度监测设备，用于对基坑监测指标水平、垂向位移、地下水位变化等进行高精度监测，实时回传相关的测量数据。
通过上述实施例可知，本发明提供的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，至少实现了如下的有益效果：
本发明在传统测量技术中引入北斗高精度定位，结合现代无线传输技术，建立基坑水平位移实时高精度监测和数据分析系统，再引入其它基坑监测设备，实现基坑实时智能监测及主动预警。本发明每10-15分钟可以给预警结果，是否进行预警，根据预警算法确定。所有高精度监测设备，根据预警算法的结果来判断是否运行。本发明具有全天候实时基坑变形监测的功能，并能够有效控制自动化运行设备的能耗和机器损耗。本发明从预警到修正施工坐标，实现了全自动化计算，不需要人工配合，降低了运营成本。经过系统中的电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪等设备复核后再行判断，更科学、合理。过滤后数据的平均值引起的超标状况，启动自动全站仪、光电测距仪等复核验算，输出实测数据进行平差计算，大大降低了实测情况下的系统误差。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，其特征在于，具体步骤为；
1)卫星高精度定位装置接收监测数据；
2)在计算机中利用GNSS算法，通在经短基线解算、坐标转换，形成了mm级精度的监测点坐标；
3)通过算法判别监测点是否保持稳定，并进行预警；
4)触发高精度监测设备对基坑变形进行实时监测，并实时提交相关监测数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，其特征在于，
所述步骤2)中，卫星高精度定位装置每1秒获取1次mm精度的数据；
每1小时输出原始坐标
(1)若存在坐标点(Xi0,n，Yi0,n)、(Xi0,(n-1)，Yi0,(n-1))使得|Xi0,n-Xi0,(n-1)|≥1cm或|Yi0,n-Yi0,(n-1)|≥1cm,利用光电测距仪测量该点的坐标，
x测,0-Xi0,3600＜1mm或y测，0-Yi0,3600＜1mm立即报警，否则算法继续；
(2)每小时原始坐标的平均值：
①若震动监测仪输出对应时段最大加速度a≥0.556mm/h2，
则检查预埋在监测点旁的卫星定位设备中的电子气泡装置；
若电子气泡未居中，则立即报警；
若电子气泡居中，无需报警；
②若震动监测仪输出相应时段最大加速度a＜0.556mm/h2，将超过平均值±1mm的坐标过滤，即：
若存在Xi0,m或Yi0,t，
或
则将(Xi0,m，Yi0,m),(Xi0,t,Yi0,t)过滤掉，
(3)任意过滤后数据的平均值为：
则过滤后平均值的差值为：
若存在
或
则触发高精度监测设备中的自动全站仪、光电测距仪等设备启动进行坐标复核，实测坐标点位(x测0，k,y测0，k)，将实测数据进行平差计算得(x测，k,y测，k)；
若
或
则提取振动监测仪输出对应时段的加速度数据，
若a≥0.556mm/h2，则立即报警；
若a＜0.556mm/h2，无需报警；
若
且
表明当前时段的位移过大是受施工环境短暂影响，而非基坑开挖后的土体自主变形产生的加速度，因此无需报警；
(4)计算机解算，连续输出坐标数据过滤后的平均值为：
计算连续6小时内平均位移的均值：
计算得，
……………………
若存在
且
且
或
且
且
立即报警。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，其特征在于，
所述步骤4)，通过所述步骤3)中的算法后预警，高精度定位监测系统触发高精度监测设备中的自动全站仪监测设备对基坑位移和沉降进行监测，将数据传输至计算机与所述步骤2)中卫星高精度定位装置的数据进行比对后，判断是否报警。
4.根据权利要求2所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测主动预警方法，其特征在于，
通过高精度监测设备中的电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪设备复核后再进行稳定性判断。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测系统，其特征在于，包括:卫星高精度定位装置、高精度监测设备、震动监测仪以及计算机；
所述高精度监测设备，由卫星高精度定位的预警触发、启动，用于对基坑监测指标进行高精度监测，实时回传相关的测量数据；
所述卫星高精度定位装置，用于接收卫星高精度定位装置天线所在位置与太空中北斗卫星的相对空间关系数据，并将数据回传至计算机；
所述计算机，用于利用施工过程北斗/GNSS高精度快速定位算法，判别监测点是否保持稳定；
所述震动监测仪，用于监测施工震动对卫星高精度定位装置的影响，若超过允许指标，相应时段的卫星高精度定位装置的数据，不予计算。
6.根据权利要求5所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测系统，其特征在于，所述高精度监测设备包括电子气泡设备、自动全站仪、光电测距仪。
7.根据权利要求5所述的一种基于北斗/GNSS的基坑智能监测系统，其特征在于，所述高精度监测设备，用于对基坑监测指标水平、垂向位移、地下水位变化进行高精度监测，实时回传相关的测量数据。
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2020
- 2020-01-08 CN CN202010016868.6A patent/CN111239783B/zh active Active
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| CN111239783B (zh) | 2023-12-19 |
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