北斗衛星導航技術在建筑深基坑變形監測中的應用研究

趙飛

（山東省國土測繪院，濟南250102）

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展和城市化進程的逐漸加快，城市人口越來越多，對城市的基礎設施建設以及建筑建設提出了更高的要求。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。加強對深基坑變形監測的重視，做好現場深基坑變形監測工作尤為重要。

2 北斗衛星導航系統概述

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

2.1 衛星導航技術的系統組成

北斗衛星導航系統是我國獨立自主研發的定位技術，2012 年開始為亞太地區大部分區域正是提供大面積定位覆蓋服務，并按照試驗系統區域導航系統以及全球覆蓋目標，實現3 步走的發展戰略穩定推進。第3 步預計將在2020 年實現，北斗衛星導航系統包括了空間段、用戶段以及地面段3 大部分，空間段主要包括5 顆靜止的軌道衛星以及30 顆非靜止軌道衛星組成，是整個衛星定位系統的關鍵基礎。地面段包括監測站、中控站以及注入站，負責數據的處理以及監控，可以為用戶即時生成并傳遞報文文件，是整個系統的核心。用戶段專門負責捕捉衛星信號，兼容北斗終端系統，可以對定位信息進行全面的結算，并獲取動態的信息內容[2]。

2.2 北斗衛星導航系統的優勢

北斗衛星導航系統已經完全覆蓋了我國全境以及周邊國家地區，可以做到國內國外的無縫連接，而且北斗衛星導航系統抗干擾能力更強，信號強度更高。北斗衛星導航系統擁有專門的授時系統、導航定位系統以及短報文通信系統，三大系統的功能可以在一個體系當中實現，從而更有利于進行監控指揮技術的發揮。總的來說，北斗衛星導航系統在抗干擾能力以及安全穩定性方面表現突出，具有良好的性價比，在當前城市建設以及建筑深基坑變形監測中有著十分重要的應用價值[3]。

3 北斗衛星導航系統在建筑深基坑變形監測中的應用研究

3.1 深基坑項目變形監測要求

在進行建筑深基坑變形監測的過程中，首先需要對建筑基坑周邊的地質條件以及建筑物的分布情況進行系統科學的了解，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域采取復合土釘墻支護結構進行支撐，注漿應用微型鋼管樁注漿、樹根樁、錨桿、預應力錨索聯合注漿的形式。其他的面采取雙排樁支護，保證支護效果。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測以及地下水位監測活動，并且在施工的過程之中一旦發現問題就趕緊通知相關部門來對其進行解決，采取實時動態管理的模式盡可能地減少基坑支護，來對具體的施工項目的安全性和可靠性進行保證，避免施工過程對周圍建筑環境以及地質條件所造成的破壞和影響。然后，結合當地的建筑規范以及區域特征，設置好基坑和支護結構監測報警值。一般情況下，當邊坡頂水平位移、坡頂豎向位移絕對值大于55mm 時，便需要進行報警[4]。

3.2 監測實施過程

3.2.1 設備簡介

站點接收機采用南方測繪生產的SM02 改進型專業變形監測接收機。接收機針對變形監測系統的工程特點研發而成，可接收GPS、GLONSS、BDS 3 種衛星系統。主機采用嵌入式Linux 系統，集數據采集存儲、數據通信傳輸、智能供電及防雷功能于一體，綜合解決了監測系統運行復雜環境的諸多難題，提供整套的技術解決方案，滿足各種應用需求。

3.2.2 安裝調試

變形監測系統選取的是單基點解算方式，每個監測點都是一個基準站和多個地表變形監測點位來共同構成。在變形監測區域以外選取了適當的基準點之后，將天線固定在安裝支架上，基準站的主機放置在現場站內；監測點的位置一般需要通過對于現場進行勘查來進行確定，其需要滿足距離適合且在前端集成站內以便于養護。

1）踏勘及選址。實地踏勘并結合監測區域現狀圖合理選點：布點遵循位置高度角10°以上無障礙物，周圍無大功率電磁干擾源，且干灘較長，多路徑效應不明顯。本次監測基于試驗目的，布置測點2 個，基準點1 個。監測基準站及監測點布置分別由于監測基點開始選點時可選擇位置限制，受周圍樹木、工棚等遮擋較多，不得不采用鋼管混凝土進行加高。

2）數據采集系統。數據采集系統由衛星信號(GNSS)接收機(包含監測站及基準站)及其他各類監測傳感器等組成。衛星信號接收機采用南方SM02 改進型高精度多頻多星座系統主板GNSS 接收機，并采用能有效抑制多路徑效應的影響的大地形扼流圈天線，結合不妥協的穩定相位中心(小于0.8mm)也可抑制射頻干擾，以保證系統更安全可靠；其余監測傳感器均采用目前行業最先進的監測技術及設備實時監測目標。

3.3 監測結果分析

監測點的安裝在基坑開挖后進行，能夠看到2 個觀測點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 結語

綜上所述，北斗衛星導航系統在建筑深基坑變形監測中的應用能夠達到規范和設計的監測要求，通過北斗衛星的相位差技術對其進行檢測，可以明顯地提高設計和規范的精準度，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，工程建設施工人員在對基坑各個觀測點進行選擇時，對于基準點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提供數據支持。