基于北斗的轻轨地面沉降监测技术研究

基于北斗的轻轨地面沉降

监测技术研究

有色金属华东地质勘查局地质信息中心

二〇一四年九月

目录

一、课题概况 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.1.1 轨道交通及地面沉降监测现状 (1)

1.1.2 北斗卫星定位系统应用现状 (2)

1.2 研究内容 (3)

1.3 研究意义 (4)

1.4 可行性分析 (5)

二、总体技术路线 (6)

2.1 设计原则 (6)

2.2 技术路线 (7)

2.2.1 地面沉降监测的主要内容 (7)

2.2.2 北斗系统应用于沉降监测的工作原理 (7)

2.2.3 北斗地面沉降监测技术设计方案 (9)

2.3 关键技术研究 (13)

2.3.1 快速定位技术 (13)

2.3.2 精密授时技术 (14)

2.3.3 短报文通信技术 (14)

2.3.4 物联网技术 (15)

2.3.5 无线数据传输技术 (15)

2.3.6 智能预警技术 (15)

2.3.7 沉降曲线分析技术 (16)

三、北斗地面沉降监测与其他技术的对比 (17)

3.1 传统沉降测量技术 (17)

3.2 北斗沉降监测和传统测量方式的对比方案 (17)

3.3 北斗沉降监测和GPS沉降监测的对比方案 (18)

四、单位简介及以往成果 (19)

4.1 单位简介 (19)

4.2 以往成果 (19)

4.2.1 基于北斗定位的野外地质数据采集系统 (19)

4.2.2 金东矿业安全避险“六大系统”中地面沉降技术的应用

(20)

五、预期成果 (21)

六、工作安排 (21)

七、人员分工 (23)

7.1项目组组织机构与职责 (23)

7.2项目人员组成与分工 (24)

八、经费预算 (25)

一、课题概况

1.1 研究背景

1.1.1 轨道交通及地面沉降监测现状

近年来，随着城市化进程的逐步加速，我国的城市轨道交通建设迎来了黄金发展期，伴随投资额度的加大，城市轨道交通建设已然成为继铁路大规模投资之后新的投资热点。同时，苏州轨道交通也紧跟苏州经济社会发展的步伐，适时启动轨道交通工程的规划建设。早在2012年4月28日，轨道交通1号线就已开通运营，苏州也因此成为国内首个建设并投运轨道交通的地级市。2013年12月28日，轨道交通2号线也正式开通投运，目前，2号线延伸线、4号线及支线正在有序的施工中，已获批的3号线也按计划有序推进各项工作，苏州轨道交通正式迈入网络化运营时代。

全国各地都在如火如荼的发展城市轨道交通，随之而来的施工和运行事故也给人们频频敲响安全警钟。虽然事故原因不尽相同，但地面沉降塌陷是目前导致灾害的重要因素之一。由于地面沉降属于缓变型的地质灾害，一般不易察觉，但形成之后又是不可恢复的，造成区域性的自然灾害极其严重。因此，在某种意义上，控沉也就是防沉，防沉是否有效与监测直接相关，而预防地面沉降必须有完善的监测设施，配套的监测方法。

目前，市场上涉及沉降监测的产品种类繁多，原理也不尽相同，其主要手段有水准测量、三角高程测量、数字摄影测量、GPS测量等，

虽然都能达到一定的监测效果，但传统的水准测量作业效率低，作业强度大；三角高程测量，在面对长距离甚至超长距离监测时，仍不能满足人们在效率方面的要求；数字测量技术，成本太高，设备也相对昂贵；GPS只能用作导航却无法实现通信功能，因而不能满足日益增长的沉降监测需求，且仅依赖GPS，很容易受国外的控制。因此，更科学更实用的监测方法亟需我们去发掘研究。

1.1.2 北斗卫星定位系统应用现状

目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设，该系统是世界上继美国的GPS和俄罗斯的GLONASS之后，第三个建成并投入使用的卫星导航定位系统，从2004年4月正式运营，至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已经在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星。北斗系统作为我国自行研制、拥有自主知识产权、具有鲜明应用特点的卫星导航系统，从设计指标上看，北斗二代定位、授时精度都不逊于美国的GPS系统，增强区域即亚太地区，甚至会超过GPS。

自从北斗卫星系统建成以来，便开始应用于中国及周边地区的交通运输、应急救援、森林防火、水利水电、海洋渔业、油气运输、部队指挥等领域，并取得了一定的成果，在铁路沉降监测、机场沉降监测、桥梁沉降监测方面也取得了一定的进展。但总体来说，北斗卫星资源闲置比较严重，尤其在地面沉降监测这一领域，未能充分研究发掘并加以运用。据统计，全年有数亿元的资源未能充分发挥作用。

2013年初，发改委下发文件《国家发展改革委办公厅、财政部办公厅关于组织实施卫星及应用产业发展专项的通知》，其中指出重点支持北斗兼容型导航芯片及其终端产品规模化应用，基于智能位置服务、室内外无缝定位融合服务、高精度位移监测服务的技术和系统集成，推动北斗导航系统在智能交通、医疗救助、煤矿安全生产、重要设施安全监测等重点领域的深度应用及公共领域的规模化应用。1.2 研究内容

以信息技术为依托，将北斗卫星定位系统与轻轨地面沉降监测技术紧密结合，在深入研究两者工作原理的基础上，运用物联网、无线信息传输、智能预警、实时动态分析等技术，创新性的提出以北斗系统进行苏州轻轨地面沉降监测的实现思路，开展对北斗沉降监测技术的实现原理、设计方案、关键技术以及显著优势的研究，从精度、效率等方面进行可行性分析并与传统测量方法、GPS监测方法进行对比，为实现轻轨地面沉降数字化、智能化、一体化监测提供全流程的技术方法体系。

1、结合苏州轨道交通的基本情况，对地面沉降理论进行研究，确定导致轻轨地面沉降的主要因素，以此为基础，分析地面沉降监测在苏州轻轨应用中的必要性和特殊性，确定沉降监测的主要内容。

2、基于北斗卫星定位系统的工作原理，分析北斗系统应用于轻轨地面沉降监测的可行性，并对其实现原理展开研究。

3、研究北斗地面沉降智能监测体系的构建方法，归纳出一套适用于苏州轻轨桥梁的北斗沉降智能监测设计方案，其主要内容如下：