基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法，該系統包括基準站、布設在沉降監測區的監測站和與監測站進行通信的監測中心，基準站與監測站進行通信；監測站包括觀測墩、安裝在觀測墩上的第二北斗衛星信號接收機、數據傳輸單元、多個分層沉降標和靜力水準系統，靜力水準系統包括多個靜力水準儀，每個分層沉降標上均安裝有一個靜力水準儀，多個靜力水準儀中包括一個布設在觀測墩上的靜力水準儀；該方法包括步驟：一、監測系統設置；二、數據采集與傳輸；三、數據處理與分析。本發明能有效解決靜力水準測量時非穩定工作基點的校測與修正問題，實現了對地質體分層沉降變形的長期、遠程和實時監測。
【專利說明】基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于巖土工程監測【技術領域】，尤其是涉及一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法。
【背景技術】
[0002]在公路、鐵路、機場、碼頭、堤壩等工程中，為掌握地基土的有效壓縮層厚度及壓縮層范圍內各層土的變形特性，研究地基變形發展規律和穩定性，以及開展工程安全預警等，經常需要對土體的分層沉降進行監測。
[0003]目前，工程上對土體分層沉降常用的監測方法主要有以下兩種:第一、電磁式沉降儀法:在監測場地地層中的監測位置垂直埋設套管，沿深度方向在套管外壁按照一定間距布設若干個沉降感應磁環，在管口處采用沉降探頭感應并確定每個磁環的位置，并采用水準測量方法測定管口高程，計算得到磁環高程、土層沉降量和總沉降量數據；第二、分層沉降標水準觀測法:在監測地層不同深度設置沉降板，沉降板與標桿連接，標桿外套護管，逐節引至地面，將鋼尺架設在沉降標桿頂部，利用水準儀測量標桿高程變化，從而得到沉降板處地層沉降。其中，第一種電磁式沉降儀法，存在測量速度慢、觀測誤差大等問題，并且需要采用水準測量方法對管口高程進行定期校測，增加工作量；第二種分層沉降標水準觀測法，需要對工作基點做閉合水準引測，且需滿足監測點與工作基點的通視條件，勞動強度大、工作效率低。上述兩種監測方法均無法實現遠程、自動化和實時監測，在天氣惡劣、工況復雜等不利條件下，無法開展現場監測工作。
[0004]北斗衛星導航系統(也稱北斗衛星定位系統)是我國自主研發的一種新型、全天候、全球性衛星定位系統，并具有短報文通訊功能。北斗高精度定位技術與無線通信技術、網絡通信技術以及高精度數據處理算法相結合，可應用于地質體的平面及高程位移變形監測，實現連續、遠程、自動化無線數據傳遞和實時數據處理。當采用動態測量方法，其觀測精度最高可達厘米級；當采用靜態測量方法，觀測精度可提高到毫米級。目前，北斗高精度定位技術已成功應用于山體滑坡災害、機場、堤壩和建筑地基等工程的地面沉降監測。常規的水準儀、經緯儀、測距儀、全站儀等觀測方法的外業工作量大，測量工作受通視條件影響大，而北斗實時變形監測系統測站間無需通視條件，可同時快速測定監測點的三維位移變化情況，并可實現全天候自動化監測，最高可達毫米級精度，但其也存在不足之處，需要保證基準點和監測點周圍無較大的遮擋物，點位選擇的自由度相對較低，目前單位監測站的設備成本仍較高，限制了其在工程中的大量應用。
[0005]靜力水準測量方法是利用自由流動的靜止液面上各個點液面是等高的原理進行高程測量。靜力水準測量系統由工作基點和監測點組成，在工作基點和各監測點處分別設置一臺靜力水準儀。各靜力水準儀的貯液容器間用通液管連通，儲液容器內注入液體，儲液容器中的液體將在管道中自由流動，當液體平衡或者靜止時各個容器中的液體表面將保持相同高度。當監測點處土體發生沉降時，將引起容器中液面高度發生變化，采用位移傳感器測量容器內液面變化，再通過計算可求得各點相對于工作基點的相對位移量。靜力水準測量系統可直接獲得各監測點的差異沉降，若需要獲得各測點的絕對沉降量，則需要建立一個穩定的工作基點，但實際工程常會遇到無穩定基準點的情況，如大面積填方場地、大范圍滑坡體、地下采空區等，很難將工作基點建在穩定區域，此時若想獲得監測點的絕對沉降量，需要在整個監測過程中通過光學水準測量方法觀測工作基點的高程變化，無疑將增加工作量，降低效率，也無法實現自動化和實時監測。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統及方法，其方法步驟簡單、實現方便且使用效果好，能有效解決靜力水準測量時非穩定工作基點的校測與修正問題，實現了對地質體分層沉降變形的長期、遠程和實時監測。
[0007]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:包括布設在地面上的基準站、布設在沉降監測區的監測站和以無線通信方式與所述監測站進行通信的監測中心，所述基準站與所述監測站之間以無線通信方式進行通信；
[0008]所述基準站為北斗衛星地面基站，且其包括第一北斗衛星信號接收機和與第一北斗衛星信號接收機相接的第一無線通信設備；
[0009]所述監測站包括第二北斗衛星信號接收機、數據傳輸單元、第二無線通信設備、多個分別埋設在所述沉降監測區內的分層沉降標和對所述沉降監測區進行分層沉降監測的靜力水準系統，所述靜力水準系統包括多個靜力水準儀，每個所述分層沉降標上均安裝有一個靜力水準儀，多個所述靜力水準儀均與數據采集單元相接，所述第二北斗衛星信號接收機和數據采集單元均與數據傳輸單元相接，所述監測站通過第二無線通信設備和第一無線通信設備與所述基準站進行通信；多個所述分層沉降標的結構均相同且其埋設深度均不相同，多個所述分層沉降標均呈豎直向布設，所述沉降監測區內設置有多個分別供多個所述分層沉降標安裝的鉆孔；所述分層沉降標包括將監測地層處的沉降量引至地面上測量的引測標桿和多個安裝在引測標桿上的標桿扶正器，多個所述標桿扶正器由上至下安裝在引測標桿上；所述監測站還包括布設在所述沉降監測區內的觀測墩，所述觀測墩呈豎直向布設；所述分層沉降標的數量為M個，其中M為正整數且MS 2 ;所述靜力水準儀的數量為M+1個，M+1個所述靜力水準儀包括一個布設在觀測墩上的靜力水準儀和M個分別布設在M個所述分層沉降標上的靜力水準儀；所述第二北斗衛星信號接收機安裝在觀測墩上；所述觀測墩所處位置為所述靜力水準系統的基準點，M個所述分層沉降標所處位置分別為所述靜力水準系統的M個監測點；
[0010]所述監測中心包括對所述監測站所傳送數據進行接收、存儲與處理的服務器，所述第二北斗衛星信號接收機、第二無線通信設備和數據采集單元均通過數據傳輸單元與服務器進行通信。
[0011]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:所述監測站的數量為一個或多個；所述第一北斗衛星信號接收機、第二北斗衛星信號接收機和所述監測中心組成北斗衛星定位系統，所述第一北斗衛星信號接收機和第二北斗衛星信號接收機均為雙頻接收機；所述基準墩呈豎直向布設，所述基準墩固定在支撐基礎上，所述支撐基礎上安裝有第一避雷針；所述基準墩和觀測墩均為混凝土現澆墩；所述第一無線通信設備為無線信號發射設備，所述第二無線通信設備為無線信號接收設備，所述數據傳輸單元為GPRS無線通信模塊，所述服務器為帶有固定IP地址的服務器。
[0012]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:M+1個所述靜力水準儀的結構均相同；所述靜力水準儀包括儲液罐、對儲液罐內液位高度進行實時檢測的液位檢測單元、安裝在儲液罐上部的氣體連通管和安裝在儲液罐底部的液體連通管，所述液體連通管和氣體連通管均與儲液罐內部連通;M+1個所述靜力水準儀的儲液罐均通過液體連通管和氣體連通管相互連通，布設在M個所述監測點上的靜力水準儀為監測點靜力水準儀。
[0013]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:所述分層沉降標還包括安裝在引測標桿正下方的標底，所述引測標桿呈豎直向布設，所述標底呈水平向布設；所述監測點靜力水準儀的儲液罐水平安裝在引測標桿的正上方；M個所述分層沉降標的標底分別位于所述沉降監測區內M個不同深度的待監測土層上；
[0014]所述分層沉降標還包括套裝在引測標桿外側的保護套管，所述保護套管與引測標桿呈同軸布設；多個所述標桿扶正器均套裝于引測標桿與保護套管之間；安裝在引測標桿正上方的儲液罐與保護套管呈同軸布設。
[0015]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:所述監測點靜力水準儀的儲液罐外側還同軸套裝有扶正套筒，所述儲液罐與扶正套筒之間由上至下設置有多個儲液罐扶正器，所述儲液罐能在扶正套筒內進行上下移動；所述扶正套筒位于保護套管的正上方，所述扶正套筒為圓柱狀套筒，所述扶正套筒的直徑大于保護套管的直徑且二者之間通過變徑接頭連接。
[0016]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:所述標底由水平安裝在引測標桿底端的托盤和安裝在托盤底部的插釬組成；所述保護套管的底端高度高于引測標桿的底端高度，所述保護套管底端與引測標桿之間設置環形密封圈；
[0017]所述引測標桿為無縫鋼管；所述引測標桿埋入地面以下的節段為引測段，當所述引測段的高度h ( 50m時，所述引測標桿為等直徑標桿；當所述引測段的高度h > 50m時，所述引測標桿由多根標桿節段由下至上拼接而成，多根所述標桿節段的直徑由下至上逐漸縮小；多個所述標桿節段中位于底部的標桿節段為底部節段，所述底部節段的直徑不小于20mm ；
[0018]所述保護套管與鉆孔的孔壁之間設置有填充層，所述填充層包括細砂填充層和位于細砂填充層上方且由膨潤土水泥漿灌注形成的上部填充層，所述上部填充層的頂面與鉆孔的孔口相平齊且其高度為2m?3m。
[0019]上述基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征是:所述標桿扶正器固定安裝在引測標桿上，所述儲液罐扶正器固定安裝在儲液罐上；所述儲液罐扶正器和標桿扶正器的結構相同且二者均為滾輪式扶正器，所述滾輪式扶正器包括呈水平布設的套環和多個沿圓周方向安裝在套環外側的滾輪，多個所述滾輪呈均勻布設且其均呈豎直向布設，所述套環和多個所述滾輪均布設在同一水平面上；所述標桿扶正器的套環同軸固定套裝在引測標桿上，所述標桿扶正器與保護套管之間的間隙為1.5mm?2.0mm，上下相鄰兩個所述標桿扶正器之間的間距為3m?5m ;所述儲液罐扶正器的套環同軸固定套裝在儲液罐上，所述儲液罐扶正器與扶正套筒之間的間隙為1.5mm?2.0mm。
[0020]同時，本發明還公開了一種方法步驟簡單、設計合理且實現方便、監測效果好的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0021]步驟一、監測系統設置:對所述基準站進行布設，并在所述沉降監測區域內設置所述監測站；
[0022]步驟二、數據采集與傳輸:步驟一中所述基準站的第一無線通信設備，將所述基準站所布設位置處的坐標信息和第一北斗衛星信號接收機實時接收的北斗衛星信號同步傳送至所述監測站的第二無線通信設備；與此同時，所述監測站的靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據進行實時監測，且所述監測站的數據傳輸單元將第二無線通信設備所接收的所述基準站所傳送數據、第二北斗衛星信號接收機實時接收的北斗衛星信號和所述靜力水準系統實時監測到的沉降監測數據同步傳輸至所述監測中心的服務器；
[0023]步驟三、數據處理與分析:所述服務器接收到所述監測站所傳送數據后，對所接收數據同步進行處理與分析，過程如下:
[0024]步驟301、差分定位:根據第一北斗衛星信號接收機和第二北斗衛星信號接收機所接收的北斗衛星信號，對各測試時刻所述沉降監測區域內的基準點的位置進行差分定位；
[0025]步驟302、時間同步處理:對各測試時刻所接收數據進行時間同步處理；
[0026]步驟303、M個監測點各測試時刻的沉降量數據獲取:先根據所述基準點的差分定位結果，得出各測試時刻所述基準點的沉降量數據；之后，根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合各測試時刻所述基準點的沉降量數據，得出各測試時刻所述沉降監測區域內M個所述監測點的沉降量數據。
[0027]上述方法，其特征是:步驟302中進行時間同步處理時，所述服務器連接衛星授時服務器且其以北斗授時設備作為時間基準，通過內插法對第一北斗衛星信號接收機和第二北斗衛星信號接收機的北斗衛星信號接收時間與所述靜力水準系統的沉降監測時間進行同步處理；其中，所采用的內插法為最小二乘法；
[0028]所述監測中心還包括與服務器相接的數據分析終端；步驟303中獲取M個監測點各測試時刻的沉降量數據后，所述數據分析終端根據所獲取的M個監測點各測試時刻的沉降量數據，繪制出各監測點的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線，并根據繪制出的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線進行沉降趨勢預測和穩定性分析。
[0029]上述方法，其特征是:步驟二中所述靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據，為數據采集單元所采集的M+1個所述靜力水準儀的液位高度數據；
[0030]步驟三中所述服務器接收到的初始時刻所述監測站所傳送數據為初始監測數據；
[0031]步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取之前，服務器先根據時間同步處理后的所述初始監測數據，獲得初始時刻M個監測點上所安裝靜力水準儀的液位高度數據；
[0032]步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取時，各測試時刻M個監測點的沉降量數據獲取過程均相同；對任一個測試時刻M個監測點的沉降量數據進行獲取時，過程如下:
[0033]步驟3031、基準點絕對沉降量獲取:根據步驟301中所述基準點的差分定位結果中的高程測量數據，得出所述基準點在此測試時刻的絕對沉降量Hi ；
[0034]步驟3032、各監測點絕對沉降量獲取:根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合步驟3031中所述基準點的絕對沉降量Hi，計算得出所述沉降監測區內M個監測點在此測試時刻的絕對沉降量⑷個所述監測點在此測試時刻的絕對沉降量計算過程均相同；
[0035]對M個監測點中第i個監測點在此測試時刻的絕對沉降量進行計算時，先根據公式Hig = (hi0 - hig) - (hf0 - hfg) (I)，計算得出此測試時刻第i個監測點相對基準點的相對沉降量Hig ;再根據公式氏。=HdHig (2)，計算得出第i監測點在此測試時刻的絕對沉降量Hie;公式(I)中hi(l為初始時刻第i個監測點上所安裝靜力水準儀的液位高度數據，hig為此測試時刻第i監測點上所安裝靜力水準儀的液位高度數據，hf(l為初始時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀的液位高度數據，hfg為此測試時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀的液位高度數據。
[0036]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0037]1、所采用的分層沉降監測系統結構簡單、設計合理且投入成本較低，施工方便。
[0038]2、使用效果好，集合了北斗衛星定位系統全天候、全天時和高可靠性定位測量，靜力水準測量系統高精度、實時性、長期觀測穩定可靠，以及傳統分層沉降標可靠性強、靈敏度高、與被測土層結合性好等優點，實現了對地質體深層變形的自動、實時、連續的數據采集、傳輸和分析，可準確監測地質體的沉降變形情況，為安全預警提供可靠資料。
[0039]3、通過北斗衛星定位系統測定靜力水準測量系統基準點(也稱工作基點)的高程變化，無需滿足光學水準測量通視條件即可進行監測基準網聯測，可對基準點實時檢核，非常適合大面積填方場地、邊坡工程和地下采空區等無穩定基準點或基準點易發生變化工程以及不便人工測量的特殊環境監測。
[0040]4、實現了對地質體分層沉降變形的自動化、遠程和實時監測，解決了靜力水準測量時，非穩定的工作基點沉降變形的自動測量、校測與修正問題。
[0041]5、所采用的北斗衛星接收機、靜力水準儀、分層沉降標等設備和裝置，技術成熟可靠，相關配件加工方便、安裝操作簡單。
[0042]6、所采用的分層沉降監測方法步驟簡單、設計合理且監測效果好，所采用的分層沉降監測系統包括基準站、監測站和監測中心，其中基準站設置一臺北斗衛星接收機，監測站包括工作基點與監測點，工作基點處的靜力水準儀與北斗衛星接收機安裝在同一觀測墩上，監測點處的靜力水準儀與分層沉降標的引測標桿同軸連接。北斗衛星接收機與靜力水準儀同步數據采集，數據經數據傳輸單元傳送至監測中心的服務器中進行處理和存儲，監測中心將數據進行時間同步，得到相同觀測時刻靜力水準測量系統工作基點的沉降量和各監測點在相對于工作基點的沉降量，其中各監測點相對工作基點的沉降量與對應工作基點的沉降之和為各分層監測點的絕對沉降量值，因此本發明能得到靜力水準測量系統工作基點和監測點的沉降量。因而，采用本發明能有效解決靜力水準測量時非穩定工作基點的校測與修正問題，實現了對地質體分層沉降變形的長期、遠程和實時監測。
[0043]7、實用價值高且適用面廣，也能用于地表沉降監測，此時只需采用地表沉降觀測墩代替分層沉降標，靜力水準儀安裝在地表沉降觀測墩上，工作基點的設置方式不變。
[0044]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明所采用分層沉降監測系統的結構示意圖。
[0046]圖2為本發明靜力水準測量系統的結構示意圖。
[0047]圖3為本發明監測點上靜力水準儀與分層沉降標的結構示意圖。
[0048]圖4為本發明扶正器的結構示意圖。
[0049]附圖標記說明:
[0050]1-1 一第一北斗衛星信號接收機；1-2—第一無線通信設備；
[0051]1-3—基準墩；1-4 一第一避雷針；1-5—第一供電設備；
[0052]1-6—支撐基礎；
[0053]2-1—第二北斗衛星信號接收機；2-2—分層沉降標；
[0054]2-21一引測標桿； 2-22—標桿扶正器；2-23—標底；
[0055]2-231—托盤； 2-232—插針；2-24—保護套管；
[0056]2-3一靜力水準儀； 2-31—儲液iil ;2-32—氣體連通管；
[0057]2-33—液體連通管； 2-34—浮筒；2-35—液位傳感器；
[0058]2-36—儲液罐扶正器；2-37—扶正套筒；2_4—數據傳輸單元；
[0059]2-5一數據米集單兀； 2-6—第二無線通信設備；
[0060]2-7一觀測墩； 2-8—第二供電設備；2-9—環形密封圈；
[0061 ] 2-10—第二避雷針； 2-11—集線箱；3-1—服務器；
[0062]3-2一網絡通信設備； 3_3—數據分析終端；4一待監測土層；
[0063]5一鉆孔； 6—細砂填充層；6-1—套環；
[0064]6-2一滾輪； 7—上部填充層；8—電纜；
[0065]9 一變徑接頭。
【具體實施方式】
[0066]如圖1所示的一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，包括布設在地面上的基準站、布設在沉降監測區的監測站和以無線通信方式與所述監測站進行通信的監測中心，所述基準站與所述監測站之間以無線通信方式進行通信。
[0067]所述基準站為北斗衛星地面基站，且其包括第一北斗衛星信號接收機1-1和與第一北斗衛星信號接收機1-1相接的第一無線通信設備1-2。
[0068]所述監測站包括第二北斗衛星信號接收機2-1、數據傳輸單元2-4、第二無線通信設備2-6、多個分別埋設在所述沉降監測區內的分層沉降標2-2和對所述沉降監測區進行分層沉降監測的靜力水準系統，所述靜力水準系統包括多個靜力水準儀2-3，每個所述分層沉降標2-2上均安裝有一個靜力水準儀2-3，多個所述靜力水準儀2-3均與數據采集單元
2-5相接，所述第二北斗衛星信號接收機2-1和數據采集單元2-5均與數據傳輸單元2-4相接，所述監測站通過第二無線通信設備2-6和第一無線通信設備1-2與所述基準站進行通信。多個所述分層沉降標2-2的結構均相同且其埋設深度均不相同，多個所述分層沉降標2-2均呈豎直向布設，所述沉降監測區內設置有多個分別供多個所述分層沉降標2-2安裝的鉆孔5。所述分層沉降標2-2包括將監測地層處的沉降量引至地面上測量的引測標桿2-21和多個安裝在引測標桿2-21上的標桿扶正器2-22，多個所述標桿扶正器2_22由上至下安裝在引測標桿2-21上。所述監測站還包括布設在所述沉降監測區內的觀測墩2-7，所述觀測墩2-7呈豎直向布設。所述分層沉降標2-2的數量為M個，其中M為正整數且M > 2。所述靜力水準儀2-3的數量為M+1個，M+1個所述靜力水準儀2-3包括一個布設在觀測墩
2-7上的靜力水準儀2-3和M個分別布設在M個所述分層沉降標2-2上的靜力水準儀2_3。所述第二北斗衛星信號接收機2-1安裝在觀測墩2-7上。所述觀測墩2-7所處位置為所述靜力水準系統的基準點，M個所述分層沉降標2-2所處位置分別為所述靜力水準系統的M個監測點。
[0069]所述監測中心包括對所述監測站所傳送數據進行接收、存儲與處理的服務器3-1，所述第二北斗衛星信號接收機2-1和數據采集單元2-5均通過數據傳輸單元2-4與服務器
3-1進行通信。
[0070]本實施例中，M個所述分層沉降標2-2布設在同一直線上，且M+1個所述靜力水準儀2-3均布設在同一直線上。M個所述分層沉降標2-2的埋設深度由前至后逐漸增大。
[0071]實際使用時，由于第二北斗衛星信號接收機2-1和位于基準點上的靜力水準儀2-3均安裝在觀測墩2-7上，使得所述基準點上的靜力水準儀2-3與第二北斗衛星信號接收機2-1能實現同步沉降。
[0072]本實施例中，所述數據傳輸單元2-4的數量為兩個，所述第二北斗衛星信號接收機2-1和數據采集單元2-5各用一個數據傳輸單元2-4。
[0073]本實施例中，所述基準站還包括第一供電設備1-5、基準墩1-3和布設在基準墩
1-3上的第一避雷針1-4，所述基準墩1-3呈豎直向布設，所述第一供電設備1-5、第一北斗衛星信號接收機1-1和第一無線通信設備1-2均安裝在基準墩1-3上，所述第一北斗衛星信號接收機1-1和第一無線通信設備1-2均與第一供電設備1-5相接。
[0074]實際布設安裝時，所述基準墩1-3固定在支撐基礎1-6上，所述支撐基礎1-6上安裝有第一避雷針1-4。本實施例中，所述基準墩1-3為混凝土現澆墩。
[0075]本實施例中，所述監測中心還包括與服務器3-1相接的數據分析終端3-3。
[0076]同時，所述監測中心包括網絡通信設備3-2，所述服務器3-1和數據分析終端3-3均與網絡通信設備3-2相接，所述數據分析終端3-3通過網絡通信設備3-2與服務器3-1通信。
[0077]實際使用時，所述監測站的數量為一個或多個。
[0078]本實施例中，所述監測站的數量為一個。實際監測時，可以根據具體需要，對所述監測站的數量進行相應調整。
[0079]本實施例中，所述觀測墩2-7為混凝土現澆墩。
[0080]并且，所述觀測墩2-7上設置有集線箱2-11。本實施例中，所述數據傳輸單元2-4、第二無線通信設備2-6和數據采集單元2-5均安裝在觀測墩2-7上。
[0081]同時，所述監測站還包括第二供電設備2-8，所述第二北斗衛星信號接收機2-1、數據傳輸單元2-4、第二無線通信設備2-6和數據采集單元2-5均與第二供電設備2-8相接。所述第二供電設備2-8安裝在觀測墩2-7上。
[0082]本實施例中，所述監測站還包括布設在觀測墩2-7周側的第二避雷針2-10，所述第二避雷針2-10與第二北斗衛星信號接收機2-1天線之間的水平距離不少于3m且其頂部高出第二北斗衛星信號接收機2-1的天線不少于3m。所述支撐基礎1-6上所裝第一避雷針1-4與第一北斗衛星信號接收機1-1天線之間的水平距離不少于3m且其頂部高出第一北斗衛星信號接收機1-1的天線不少于3m。
[0083]實際安裝時，所述第一避雷針1-4和第二避雷針2-10均通過絕緣銅質導線引至地下。
[0084]本實施例中，所述第一供電設備1-5和第二供電設備2-8均包括太陽能電池板、蓄電池和供電模塊，所述太陽能電池板和所述蓄電池均與所述供電模塊相接。
[0085]本實施例中，M+1個所述靜力水準儀2-3的結構均相同。結合圖2和圖3，所述靜力水準儀2-3包括儲液罐2-31、對儲液罐2-31內液位高度進行實時檢測的液位檢測單元、安裝在儲液罐2-31上部的氣體連通管2-32和安裝在儲液罐2-31底部的液體連通管2_33，所述液體連通管2-33和氣體連通管2-32均與儲液罐2-31內部連通。M+1個所述靜力水準儀2-3的儲液罐2-31均通過液體連通管2-33和氣體連通管2_32相互連通，布設在M個所述監測點上的靜力水準儀2-3為監測點靜力水準儀。
[0086]因而，M+1個所述靜力水準儀2-3采用串聯方式，所述基準點上所安裝靜力水準儀2-3的儲液罐2-31分別與M個監測點上所安裝靜力水準儀2-3的儲液罐2_31通過液體連通管2-33和氣體連通管2-32相互連通，從而能實現多個監測點的多點聯測。
[0087]本實施例中，M = 3。
[0088]實際布設安裝時，可以根據具體需要，對M的數量大小進行相應調整。
[0089]所述液位檢測單元為浮子式檢測單元，所述浮子式檢測單元包括位于儲液罐2-31內的浮筒2-34和安裝在浮筒2-34上的液位傳感器2-35，所述液位傳感器2_35與數據采集單元2-5相接。
[0090]實際使用時，所述液位傳感器2-35為電感調頻式、光電式、電容式或差動變壓器式液位傳感器。本實施例中，所述液位傳感器2-35為電感調頻式液位傳感器。
[0091]本實施例中，數據傳輸單元2-4、第二無線通信設備2-6和數據采集單元2-5均安裝在集線箱2-11內。
[0092]實際接線時，M+1個所述靜力水準儀2-3的液位傳感器2-35均通過電纜8引至集線箱2-11內。并且，所述第二供電設備2-8中的蓄電池和供電模塊均安裝在集線箱2-11內。
[0093]本實施例中，所述數據采集單元2-5包括主控單元以及分別與所述主控單元相接的模數轉換單元和數據存儲單元，所述數據傳輸單元2-4包括CPU控制模塊以及分別與所述CPU控制模塊相接的無線通訊模塊和電源模塊，所述無線通訊模塊為GPRS無線通訊模塊。
[0094]本實施例中，所述第一北斗衛星信號接收機1-1和第二北斗衛星信號接收機2-1均為雙頻接收機。所述第一無線通信設備1-2為無線信號發射設備，所述第二無線通信設備2-6為無線信號接收設備，所述數據傳輸單元2-4為GPRS無線通信模塊，所述服務器3_1為帶有固定IP地址的服務器。
[0095]實際使用時，所述數據傳輸單元2-4也可以采用其它類型的無線通訊模塊。
[0096]本實施例中，所述第一無線通信設備1-2為發射電臺，所述第二無線通信設備2-6為接收電臺。所述發射電臺和所述接收電臺的工作頻道相同，所述接收電臺的主要功能是接收衛星定位數據，與所述發射電臺配套使用。
[0097]本實施例中，所述第一北斗衛星信號接收機1-1、第二北斗衛星信號接收機2-1和所述監測中心組成北斗衛星定位系統，并且所述北斗衛星定位系統為對所述監測站中基準點的位置進行定位解算的系統。其中，差分定位，也叫相對定位，是根據兩臺及以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法。
[0098]如圖2、圖3所示，所述分層沉降標2-2還包括安裝在引測標桿2-21正下方的標底2-23，所述引測標桿2-21呈豎直向布設，所述標底2-23呈水平向布設。所述監測點靜力水準儀的儲液罐2-31水平安裝在引測標桿2-21的正上方。M個所述分層沉降標2-2的標底2-23分別位于所述沉降監測區內M個不同深度的待監測土層4上。
[0099]本實施例中，所述分層沉降標2-2還包括套裝在引測標桿2-21外側的保護套管2-24，所述保護套管2-24與引測標桿2-21呈同軸布設。多個所述標桿扶正器2_22均套裝于引測標桿2-21與保護套管2-24之間。安裝在引測標桿2-21正上方的儲液罐2_31與保護套管2-24呈同軸布設。
[0100]實際使用時，通過引測標桿2-21將待監測土層4的高程變化引至地面進行測量，所述保護套管2-24的作用是隔離周圍土體對引測標桿2-21的影響，所述標桿扶正器2-22使得引測標桿2-21始終穩定地居于保護套管2-24的中心。所述監測點靜力水準儀通過觀測引測標桿2-21的桿頂高程變化，進而得到待監測土層4的沉降變形數據。
[0101]本實施例中，所述監測點靜力水準儀的儲液罐2-31外側還同軸套裝有扶正套筒2-37，所述儲液罐2-31與扶正套筒2-37之間由上至下設置有多個儲液罐扶正器2-36，所述儲液罐2-31能在扶正套筒2-37內進行上下移動。所述扶正套筒2-37位于保護套管2_24的正上方，所述扶正套筒2-37為圓柱狀套筒，所述扶正套筒2-37的直徑大于保護套管2-24的直徑且二者之間通過變徑接頭9連接。
[0102]實際加工時，所述扶正套筒2-37上開有供液體連通管2-33穿出的通孔。
[0103]本實施例中，所述扶正套筒2-37底部與儲液罐2-31底部之間的距離，大于液位傳感器2-35安裝完成后最大量程的1.5倍。
[0104]實際使用時，所述儲液罐扶正器2-36的作用是使得儲液罐2-31位于扶正套筒2-37的中心。
[0105]如圖3所示，所述標底2-23由水平安裝在引測標桿2-21底端的托盤2_231和安裝在托盤2-231底部的插釬2-232組成。
[0106]所述托盤2-231和插釬2-232均采用鋼材制作，所述插釬2_232的爪型結構插入鉆孔5底部的土層中與待監測土層4牢固結合為一體，托盤2-231上的覆土壓力使標底2-23穩固，并能夠隨待監測土層4的回彈或下沉一起升降。
[0107]本實施例中，所述引測標桿2-21為無縫鋼管。由于引測標桿2-21應具備足夠的強度和剛度，此處采用高強度無縫鋼管制作。
[0108]所述引測標桿2-21埋入地面以下的節段為引測段，當所述引測段的高度h ( 50m時，所述引測標桿2-21為等直徑標桿；當所述引測段的高度h> 50m時，所述引測標桿2-21由多根標桿節段由下至上拼接而成，多根所述標桿節段的直徑由下至上逐漸縮小；多個所述標桿節段中位于底部的標桿節段為底部節段，所述底部節段的直徑不小于20_。因而，當引測深度h ( 50m時，引測標桿2-21采用等直徑標桿；當引測深度h > 50m時，引測標桿2-21采用變直徑標桿，采取下粗上細的塔型結構形式。
[0109]本實施例中，所述引測標桿2-21由三根標桿節段拼接而成，三根所述標桿節段由下至上分別為所述底部節段、中部節段和上部節段且其直徑分別為Φ40πιπι、Φ32πιπι和Φ25πιπι，所述底部節段的長度為引測標桿2-21總長度的5/9，所述中部節段的長度為所述中部節段與所述上部節段總長度的5/9。因而，采用九五分割的方式確定各根標桿節段的長度。
[0110]本實施例中，所述保護套管2-24的底端高度高于引測標桿2-21的底端高度，所述保護套管2-24底端與引測標桿2-21之間設置環形密封圈2-9。
[0111]實際使用時，所述環形密封圈2-9的作用是防止保護套管2-24底部土體，侵入保護套管2-24內影響沉降測量結果。
[0112]如圖3所示，所述保護套管2-24與鉆孔5的孔壁之間設置有填充層，所述填充層包括細砂填充層6和位于細砂填充層6上方且由膨潤土水泥漿灌注形成的上部填充層7，所述上部填充層7的頂面與鉆孔5的孔口相平齊且其高度為2m?3m。
[0113]因而，實際施工時，將保護套管2-24與鉆孔5的孔壁之間灌入細砂填實，距鉆孔5孔口上部2m?3m范圍內，采用膨潤土水泥漿灌注將保護套管2_24固定，防止地表水順鉆孔5的孔口位置滲入地下。
[0114]本實施例中，所述標桿扶正器2-22固定安裝在引測標桿2-21上，所述儲液罐扶正器2-36固定安裝在儲液罐2-31上。
[0115]如圖4所示，所述儲液罐扶正器2-36和標桿扶正器2-22的結構相同且二者均為滾輪式扶正器，所述滾輪式扶正器包括呈水平布設的套環6-1和多個沿圓周方向安裝在套環6-1外側的滾輪6-2，多個所述滾輪6-2呈均勻布設且其均呈豎直向布設，所述套環6-1和多個所述滾輪6-2均布設在同一水平面上。
[0116]本實施例中，所述套環6-1外側所裝滾輪6-2的數量為三個。
[0117]本實施例中，所述標桿扶正器2-22的套環6-1同軸固定套裝在引測標桿2_21上，所述標桿扶正器2-22與保護套管2-24之間的間隙為1.5mm?2.0mm，上下相鄰兩個所述標桿扶正器2-22之間的間距為3m?5m ;所述儲液罐扶正器2_36的套環6_1同軸固定套裝在儲液罐2-31上，所述儲液罐扶正器2-36與扶正套筒2-37之間的間隙為1.5mm?2.0mm。
[0118]實際使用時，所述儲液罐扶正器2-36固定儲液罐2-31的三等分點上，且能隨儲液罐2-31 —起沿扶正套筒2-37的內壁上下自由移動，儲液罐扶正器2-36的最大外徑與扶正套筒2-37的內徑間隙為1.5mm?2.0mm ;標桿扶正器2_22固定在引測標桿2_21上，且能隨引測標桿2-21沿保護套管2-24的內壁上下自由移動，標桿扶正器2-22的最大外徑與保護套管2-24的內徑間隙為1.5mm?2.0mm。
[0119]同時，本發明公開一種利用如圖1所示的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統進行分層沉降監測的方法，包括以下步驟:
[0120]步驟一、監測系統設置:對所述基準站進行布設，并在所述沉降監測區域內設置所述監測站。
[0121]本實施例中，選擇地質構造穩固、地勢較高且無電磁干擾的區域設置所述基準站。對所述監測站進行設置時，將所述靜力水準系統的基準點處的靜力水準儀2-3和第二北斗衛星信號接收機2-1均安裝在同一觀測墩2-7上，通過北斗衛星定位系統測定所述監測站中第二北斗衛星信號接收機2-1的沉降量，進而得到所述靜力水準系統的基準點的沉降量。
[0122]對引測標桿2-21進行埋設時，根據待監測土層4的深度要求，采用鉆機鉆探至預定深度，將分層沉降標2-2安裝至待監測土層4中，并將監測點靜力水準儀的儲液罐2-31與所安裝分層沉降標2-2的引測標桿2-21同軸連接。同時，將所安裝M+1個所述靜力水準儀2-3的儲液罐2-31相互連通。
[0123]步驟二、數據采集與傳輸:步驟一中所述基準站的第一無線通信設備1-2，將所述基準站所布設位置處的坐標信息和第一北斗衛星信號接收機1-1實時接收的北斗衛星信號同步傳送至所述監測站的第二無線通信設備2-6 ;與此同時，所述監測站的靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據進行實時監測，且所述監測站的數據傳輸單元2-4將第二無線通信設備2-6所接收的所述基準站所傳送數據、第二北斗衛星信號接收機2-1實時接收的北斗衛星信號和所述靜力水準系統實時監測到的沉降監測數據同步傳輸至所述監測中心的服務器3-1。
[0124]本實施例中，所述第一北斗衛星信號接收機1-1和第二北斗衛星信號接收機2-1均以2s的采樣周期持續接收衛星信號。
[0125]所述第二無線通信設備2-6接收基準站所傳送的數據后，傳送給監測站中第二北斗衛星信號接收機2-1，監測站中第二北斗衛星信號接收機2-1將自身的觀測數據及接收到的基準站的觀測數據，一并通過數據傳輸單元2-4傳送至所述監測中心中的服務器3-1中進行存儲與處理。
[0126]所述第二無線通信設備2-6接收基準站所傳送的數據后，結合所述監測站中第二北斗衛星信號接收機2-1自身的觀測數據，一并通過數據傳輸單元2-4傳送至所述監測中心中的服務器3-1中進行存儲與處理。
[0127]實際使用時，所述靜力水準測量系統通過數據采集單元2-5與所述北斗衛星定位系統同步進行數據采集，所述靜力水準測量系統的沉降監測數據通過數據傳輸單元2-4實時傳送至監測中心的服務器3-1。
[0128]步驟三、數據處理與分析:所述服務器3-1接收到所述監測站所傳送數據后，對所接收數據同步進行處理與分析，過程如下:
[0129]步驟301、差分定位:根據第一北斗衛星信號接收機1-1和第二北斗衛星信號接收機2-1所接收的北斗衛星信號，對各測試時刻所述沉降監測區域內的基準點的位置進行差分定位。
[0130]步驟302、時間同步處理:對各測試時刻所接收數據進行時間同步處理。
[0131]步驟303、M個監測點各測試時刻的沉降量數據獲取:先根據所述基準點的差分定位結果(即定位解算結果)，得出各測試時刻所述基準點的沉降量數據；之后，根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合各測試時刻所述基準點的沉降量數據，得出各測試時刻所述沉降監測區域內M個所述監測點的沉降量數據。
[0132]本實施例中，步驟301中進行差分定位時，所述服務器3-1根據所述基準站的第一北斗衛星信號接收機1-1、所述基準站的已知坐標信息和所述監測站的第二北斗衛星信號接收機2-1所接收的北斗衛星信號，且調用定位解算模塊實時進行定位解算，并得到所述靜力水準系統的基準點坐標信息。同時，服務器3-1根據北斗授時功能獲取觀測時間。
[0133]本實施例中，步驟302中進行時間同步處理時，所述服務器3-1連接衛星授時服務器且其以北斗授時設備作為時間基準，通過內插法對第一北斗衛星信號接收機1-1和第二北斗衛星信號接收機2-1的北斗衛星信號接收時間與所述靜力水準系統的沉降監測時間進行同步處理；其中，所采用的內插法為最小二乘法。也就是說，所述服務器3-1連接衛星授時服務器且其以北斗授時設備提供的時間作為時間基準，衛星授時服務器為北斗授時設備連接的服務器。
[0134]實際使用時，通過時間同步處理，實現第一北斗衛星信號接收機1-1和第二北斗衛星信號接收機2-1與所述靜力水準測量系統的沉降監測數據的時間同步。
[0135]本實施例中，步驟二中所述靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據，為數據采集單元2-5所采集的M+1個所述靜力水準儀2-3的液位高度數據；
[0136]步驟三中所述服務器3-1接收到的初始時刻所述監測站所傳送數據為初始監測數據；
[0137]步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取之前，服務器3-1先根據時間同步處理后的所述初始監測數據，獲得初始時刻M個監測點上所安裝靜力水準儀
2-3的液位高度數據；
[0138]步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取時，各測試時刻M個監測點的沉降量數據獲取過程均相同；對任一個測試時刻M個監測點的沉降量數據進行獲取時，過程如下:
[0139]步驟3031、基準點絕對沉降量獲取:根據步驟301中所述基準點的差分定位結果中的高程測量數據，得出所述基準點在此測試時刻的絕對沉降量Hi ；
[0140]步驟3032、各監測點絕對沉降量獲取:根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合步驟3031中所述基準點的絕對沉降量Hi，計算得出所述沉降監測區內M個監測點在此測試時刻的絕對沉降量⑷個所述監測點在此測試時刻的絕對沉降量計算過程均相同；
[0141]對M個監測點中第i個監測點在此測試時刻的絕對沉降量進行計算時，先根據公式Hig = (hi0 — hig) — (hf0 — hfg)⑴，計算得出此測試時刻第i個監測點相對基準點的相對沉降量Hig ;再根據公式氏。=Hi+Hig(2)，計算得出第i監測點在此測試時刻的絕對沉降量Hic ;公式⑴中hi(l為初始時刻第i個監測點上所安裝靜力水準儀2-3的液位高度數據，hig為此測試時刻第i監測點上所安裝靜力水準儀2-3的液位高度數據，hf(l為初始時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀2-3的液位高度數據，hfg為此測試時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀2-3的液位高度數據。
[0142]本實施例中，所述監測中心還包括與服務器3-1相接的數據分析終端3-3 ;步驟303中獲取M個監測點各測試時刻的沉降量數據后，所述數據分析終端3-3根據所獲取的M個監測點各測試時刻的沉降量數據，繪制出各監測點的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線，并根據繪制出的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線進行沉降趨勢預測和穩定性分析。
[0143]實際使用時，所述數據分析終端3-3通過網絡通信設備3-2訪問服務器3_1，并調用各監測點的沉降監測結果。
[0144]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:包括布設在地面上的基準站、布設在沉降監測區的監測站和以無線通信方式與所述監測站進行通信的監測中心，所述基準站與所述監測站之間以無線通信方式進行通信； 所述基準站為北斗衛星地面基站，且其包括第一北斗衛星信號接收機(1-1)和與第一北斗衛星信號接收機(1-1)相接的第一無線通信設備(1-2)； 所述監測站包括第二北斗衛星信號接收機(2-1)、數據傳輸單元(2-4)、第二無線通信設備(2-6)、多個分別埋設在所述沉降監測區內的分層沉降標(2-2)和對所述沉降監測區進行分層沉降監測的靜力水準系統，所述靜力水準系統包括多個靜力水準儀(2-3)，每個所述分層沉降標(2-2)上均安裝有一個靜力水準儀(2-3)，多個所述靜力水準儀(2-3)均與數據采集單元(2-5)相接，所述第二北斗衛星信號接收機(2-1)和數據采集單元(2-5)均與數據傳輸單元(2-4)相接，所述監測站通過第二無線通信設備(2-6)和第一無線通信設備(1-2)與所述基準站進行通信；多個所述分層沉降標(2-2)的結構均相同且其埋設深度均不相同，多個所述分層沉降標(2-2)均呈豎直向布設，所述沉降監測區內設置有多個分別供多個所述分層沉降標(2-2)安裝的鉆孔(5);所述分層沉降標(2-2)包括將監測地層處的沉降量引至地面上測量的引測標桿(2-21)和多個安裝在引測標桿(2-21)上的標桿扶正器(2-22)，多個所述標桿扶正器(2-22)由上至下安裝在引測標桿(2-21)上；所述監測站還包括布設在所述沉降監測區內的觀測墩(2-7)，所述觀測墩(2-7)呈豎直向布設；所述分層沉降標(2-2)的數量為M個，其中M為正整數且MS 2 ;所述靜力水準儀(2-3)的數量為M+1個，M+1個所述靜力水準儀(2-3)包括一個布設在觀測墩(2-7)上的靜力水準儀(2_3)和M個分別布設在M個所述分層沉降標(2-2)上的靜力水準儀(2-3);所述第二北斗衛星信號接收機(2-1)安裝在觀測墩(2-7)上；所述觀測墩(2-7)所處位置為所述靜力水準系統的基準點，M個所述分層沉降標(2-2)所處位置分別為所述靜力水準系統的M個監測點； 所述監測中心包括對所述監測站所傳送數據進行接收、存儲與處理的服務器(3-1)，所述第二北斗衛星信號接收機(2-1)和數據采集單元(2-5)均通過數據傳輸單元(2-4)與服務器(3-1)進行通信。
2.按照權利要求1所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:所述監測站的數量為一個或多個；所述第一北斗衛星信號接收機(1-1)、第二北斗衛星信號接收機(2-1)和所述監測中心組成北斗衛星定位系統，所述第一北斗衛星信號接收機(1-1)和第二北斗衛星信號接收機(2-1)均為雙頻接收機；所述基準墩(1-3)呈豎直向布設，所述基準墩(1-3)固定在支撐基礎(1-6)上，所述支撐基礎(1-6)上安裝有第一避雷針(1-4);所述基準墩(1-3)和觀測墩(2-7)均為混凝土現澆墩；所述第一無線通信設備(1-2)為無線信號發射設備，所述第二無線通信設備(2-6)為無線信號接收設備，所述數據傳輸單元(2-4)為GPRS無線通信模塊，所述服務器(3-1)為帶有固定IP地址的服務器。
3.按照權利要求1或2所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:M+1個所述靜力水準儀(2-3)的結構均相同；所述靜力水準儀(2-3)包括儲液罐(2-31)、對儲液罐(2-31)內液位高度進行實時檢測的液位檢測單元、安裝在儲液罐(2-31)上部的氣體連通管(2-32)和安裝在儲液罐(2-31)底部的液體連通管(2-33)，所述液體連通管(2-33)和氣體連通管(2-32)均與儲液罐(2-31)內部連通;M+1個所述靜力水準儀(2-3)的儲液罐(2-31)均通過液體連通管(2-33)和氣體連通管(2_32)相互連通，布設在M個所述監測點上的靜力水準儀(2-3)為監測點靜力水準儀。
4.按照權利要求3所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:所述分層沉降標(2-2)還包括安裝在引測標桿(2-21)正下方的標底(2-23)，所述引測標桿(2-21)呈豎直向布設，所述標底(2-23)呈水平向布設；所述監測點靜力水準儀的儲液罐(2-31)水平安裝在引測標桿(2-21)的正上方；M個所述分層沉降標(2-2)的標底(2-23)分別位于所述沉降監測區內M個不同深度的待監測土層(4)上； 所述分層沉降標(2-2)還包括套裝在引測標桿(2-21)外側的保護套管(2-24)，所述保護套管(2-24)與引測標桿(2-21)呈同軸布設；多個所述標桿扶正器(2-22)均套裝于引測標桿(2-21)與保護套管(2-24)之間；安裝在引測標桿(2-21)正上方的儲液罐(2_31)與保護套管(2-24)呈同軸布設。
5.按照權利要求4所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:所述監測點靜力水準儀的儲液罐(2-31)外側還同軸套裝有扶正套筒(2-37)，所述儲液罐(2-31)與扶正套筒(2-37)之間由上至下設置有多個儲液罐扶正器(2-36)，所述儲液罐(2-31)能在扶正套筒(2-37)內進行上下移動；所述扶正套筒(2-37)位于保護套管(2-24)的正上方，所述扶正套筒(2-37)為圓柱狀套筒，所述扶正套筒(2-37)的直徑大于保護套管(2-24)的直徑且二者之間通過變徑接頭(9)連接。
6.按照權利要求4所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:所述標底(2-23)由水平安裝在引測標桿(2-21)底端的托盤(2-231)和安裝在托盤(2-231)底部的插釬(2-232)組成；所述保護套管(2_24)的底端高度高于引測標桿(2_21)的底端高度，所述保護套管(2-24)底端與引測標桿(2-21)之間設置環形密封圈(2-9)； 所述引測標桿(2-21)為無縫鋼管；所述引測標桿(2-21)埋入地面以下的節段為引測段，當所述引測段的高度50m時，所述引測標桿(2-21)為等直徑標桿；當所述引測段的高度h> 50m時，所述引測標桿(2-21)由多根標桿節段由下至上拼接而成，多根所述標桿節段的直徑由下至上逐漸縮小；多個所述標桿節段中位于底部的標桿節段為底部節段，所述底部節段的直徑不小于20mm ； 所述保護套管(2-24)與鉆孔(5)的孔壁之間設置有填充層，所述填充層包括細砂填充層(6)和位于細砂填充層(6)上方且由膨潤土水泥漿灌注形成的上部填充層(7)，所述上部填充層(7)的頂面與鉆孔(5)的孔口相平齊且其高度為2m?3m。
7.按照權利要求5所述的基于衛星定位與靜力水準測量的分層沉降監測系統，其特征在于:所述標桿扶正器(2-22)固定安裝在引測標桿(2-21)上，所述儲液罐扶正器(2-36)固定安裝在儲液罐(2-31)上；所述儲液罐扶正器(2-36)和標桿扶正器(2-22)的結構相同且二者均為滾輪式扶正器，所述滾輪式扶正器包括呈水平布設的套環(6-1)和多個沿圓周方向安裝在套環(6-1)外側的滾輪￠-2)，多個所述滾輪(6-2)呈均勻布設且其均呈豎直向布設，所述套環(6-1)和多個所述滾輪(6-2)均布設在同一水平面上；所述標桿扶正器(2-22)的套環(6-1)同軸固定套裝在引測標桿(2-21)上，所述標桿扶正器(2_22)與保護套管(2-24)之間的間隙為1.5mm?2.0mm，上下相鄰兩個所述標桿扶正器(2_22)之間的間距為3m?5m ;所述儲液罐扶正器(2_36)的套環(6_1)同軸固定套裝在儲液罐(2_31)上，所述儲液罐扶正器(2-36)與扶正套筒(2-37)之間的間隙為1.5mm?2.0mm。
8.一種利用如權利要求1所述系統進行分層沉降監測的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、監測系統設置:對所述基準站進行布設，并在所述沉降監測區域內設置所述監測站; 步驟二、數據采集與傳輸:步驟一中所述基準站的第一無線通信設備(1-2)，將所述基準站所布設位置處的坐標信息和第一北斗衛星信號接收機(1-1)實時接收的北斗衛星信號同步傳送至所述監測站的第二無線通信設備(2-6);與此同時，所述監測站的靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據進行實時監測，且所述監測站的數據傳輸單元(2-4)將第二無線通信設備(2-6)所接收的所述基準站所傳送數據、第二北斗衛星信號接收機(2-1)實時接收的北斗衛星信號和所述靜力水準系統實時監測到的沉降監測數據同步傳輸至所述監測中心的服務器(3-1)； 步驟三、數據處理與分析:所述服務器(3-1)接收到所述監測站所傳送數據后，對所接收數據同步進行處理與分析，過程如下: 步驟301、差分定位:根據第一北斗衛星信號接收機(1-1)和第二北斗衛星信號接收機(2-1)所接收的北斗衛星信號，對各測試時刻所述沉降監測區域內的基準點的位置進行差分定位； 步驟302、時間同步處理:對各測試時刻所接收數據進行時間同步處理； 步驟303、M個監測點各測試時刻的沉降量數據獲取:先根據所述基準點的差分定位結果，得出各測試時刻所述基準點的沉降量數據；之后，根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合各測試時刻所述基準點的沉降量數據，得出各測試時刻所述沉降監測區域內M個所述監測點的沉降量數據。
9.按照權利要求8所述的方法，其特征在于:步驟302中進行時間同步處理時，所述服務器(3-1)連接衛星授時服務器且其以北斗授時設備作為時間基準，通過內插法對第一北斗衛星信號接收機(1-1)和第二北斗衛星信號接收機(2-1)的北斗衛星信號接收時間與所述靜力水準系統的沉降監測時間進行同步處理；其中，所采用的內插法為最小二乘法； 所述監測中心還包括與服務器(3-1)相接的數據分析終端(3-3);步驟303中獲取M個監測點各測試時刻的沉降量數據后，所述數據分析終端(3-3)根據所獲取的M個監測點各測試時刻的沉降量數據，繪制出各監測點的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線，并根據繪制出的累計沉降歷時曲線和沉降速率曲線進行沉降趨勢預測和穩定性分析。
10.按照權利要求8或9所述的方法，其特征在于:步驟二中所述靜力水準系統對所述沉降監測區域內基準點和各監測點的沉降監測數據，為數據采集單元(2-5)所采集的M+1個所述靜力水準儀(2-3)的液位高度數據； 步驟三中所述服務器(3-1)接收到的初始時刻所述監測站所傳送數據為初始監測數據； 步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取之前，服務器(3-1)先根據時間同步處理后的所述初始監測數據，獲得初始時刻M個監測點上所安裝靜力水準儀(2-3)的液位高度數據； 步驟303中進行沉降監測區域內各監測點的沉降量數據獲取時，各測試時刻M個監測點的沉降量數據獲取過程均相同；對任一個測試時刻M個監測點的沉降量數據進行獲取時，過程如下: 步驟3031、基準點絕對沉降量獲取:根據步驟301中所述基準點的差分定位結果中的高程測量數據，得出所述基準點在此測試時刻的絕對沉降量Hi ； 步驟3032、各監測點絕對沉降量獲取:根據步驟302中時間同步處理后的所述靜力水準系統監測到的沉降監測數據，并結合步驟3031中所述基準點的絕對沉降量Hi,計算得出所述沉降監測區內M個監測點在此測試時刻的絕對沉降量；M個所述監測點在此測試時刻的絕對沉降量計算過程均相同； 對M個監測點中第i個監測點在此測試時刻的絕對沉降量進行計算時，先根據公式Hig=Oiitl - hig) - (hf0 - hfg) (I)，計算得出此測試時刻第i個監測點相對基準點的相對沉降量Hig ;再根據公式Hi。= Hi+Hig(2)，計算得出第i監測點在此測試時刻的絕對沉降量Hi。；公式(I)中hi(l為初始時刻第i個監測點上所安裝靜力水準儀(2-3)的液位高度數據，hig為此測試時刻第i監測點上所安裝靜力水準儀(2-3)的液位高度數據，hf(l為初始時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀(2-3)的液位高度數據，hfg為此測試時刻所述基準點上所安裝靜力水準儀(2-3)的液位高度數據。
【文檔編號】G01C5/04GK104296721SQ201410609115
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月1日 優先權日:2014年11月1日
【發明者】于永堂, 張繼文, 鄭建國, 劉爭宏, 張煒, 杜偉飛, 李攀, 劉智, 羊群芳, 戚長軍 申請人:機械工業勘察設計研究院