黃冬貴，張奕童

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545616）

近年來(lái)，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的功能不斷增加，基于此技術(shù)構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中可獲得積極的效果，發(fā)揮著重要的作用。在實(shí)際應(yīng)用中要結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景和需求，進(jìn)行系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，切實(shí)保障系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，為各項(xiàng)工作的開(kāi)展提供技術(shù)支持。

1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

截至2019 年6 月25 日，我國(guó)已成功發(fā)射四十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，第四十六顆衛(wèi)星，通過(guò)組網(wǎng)的完整，北斗系統(tǒng)面向全球的覆蓋能力和服務(wù)性能，得到極大的提升。隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、IPV6、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)也日趨深入到傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字鏡像、智慧城市、自動(dòng)駕駛、智能交通等眾多應(yīng)用領(lǐng)域，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)以其全球統(tǒng)一時(shí)間系統(tǒng)、全球統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的便利性成為新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施。相對(duì)來(lái)說(shuō)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位、協(xié)同精密定位等技術(shù)在輕軌地面沉降和軌道橋梁形變監(jiān)測(cè)這一領(lǐng)域未能得到充分研究發(fā)掘并加以運(yùn)用，仍具有極大的研究和發(fā)展空間。

2 基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 技術(shù)應(yīng)用背景

以柳州軌道交通項(xiàng)目為例，其建成之后將會(huì)解決很大的交通需求，帶動(dòng)相關(guān)地點(diǎn)之間的高效通行。目前，工程已經(jīng)進(jìn)入了建設(shè)環(huán)節(jié)，預(yù)計(jì)2022 年能夠投入使用，屆時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的交通帶動(dòng)效益，創(chuàng)造積極的效益。截至2019 年6 月，1 號(hào)線一期土建工程正在抓緊施工中，2 號(hào)線一期南段土建工程正在抓緊施工中，2020 年將實(shí)現(xiàn)2 號(hào)線南段空載試運(yùn)營(yíng)，2022 年力爭(zhēng)將1、2 號(hào)線全線正式開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)。與此同時(shí)，軌道交通3、4 號(hào)線正在建設(shè)籌備中。待當(dāng)前的線路全部完成后，將會(huì)形成區(qū)域交通網(wǎng)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化發(fā)展裝上“輪子”，加快社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程。

2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求

目前，各地區(qū)都在積極開(kāi)展城市軌道交通網(wǎng)的建設(shè)，隨之而來(lái)的施工與運(yùn)行事故引起人們高度重視。引發(fā)事故的原因中，地面沉陷塌陷和橋梁變形、軌道形變等為主要因素。此類(lèi)事故屬于緩變型的地質(zhì)災(zāi)害，難以有效察覺(jué)，當(dāng)發(fā)生時(shí)則會(huì)造成重大災(zāi)害。做好防治沉降和形變措施，有著重要的意義。通過(guò)采取先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，配置完善的監(jiān)測(cè)設(shè)施，實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)模式，可獲得事前預(yù)警的效果?，F(xiàn)有的各類(lèi)技術(shù)手段，例如水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量以及數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)等，雖然可獲得不錯(cuò)的監(jiān)測(cè)效果，但是作業(yè)效率低下且作業(yè)強(qiáng)度很大。采用的三角高程測(cè)量，難以達(dá)到長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)或者超長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)。若采用數(shù)字測(cè)量技術(shù)手段，成本較高。常用的GPS 系統(tǒng)，為美國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，不能成為可依賴(lài)的系統(tǒng)。

2.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果分析

基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用，具有以下優(yōu)勢(shì)：①技術(shù)可行性。實(shí)施的觀察任務(wù)，目的是采集地面高程數(shù)據(jù)信息的情況，進(jìn)而分析沉降的特點(diǎn)。利用課題中提到的技術(shù)，設(shè)置相應(yīng)的基準(zhǔn)站以及監(jiān)測(cè)站，輔助任務(wù)的執(zhí)行，采集所需的數(shù)據(jù)信息，借助無(wú)線傳輸渠道，達(dá)到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)傳送與快速分析的目的；②測(cè)量精度的可靠性?；诒倍返幕潞偷孛娉两档刃巫儽O(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提供高精度的位移測(cè)量數(shù)據(jù)，本中心共建單位產(chǎn)品定位精度達(dá)到毫米級(jí)，角度變化監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于±0.5°，在1m 基線長(zhǎng)度情況下可達(dá)到±0.1°的精度，目前已經(jīng)在區(qū)內(nèi)外和東盟國(guó)家的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和建筑物沉降監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用?；谛l(wèi)星定位的形變監(jiān)測(cè)測(cè)量可以提供連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)，測(cè)量精度穩(wěn)定可靠；③監(jiān)測(cè)服務(wù)的高效性。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，人工參與度低，可以有效消除天氣、氣候、人員等因素造成的工作延遲，同時(shí)有效避免了人為誤差。北斗接收終端接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳遞到數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行解算，數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理效率高；④監(jiān)測(cè)服務(wù)的連續(xù)性?，F(xiàn)有的技術(shù)方法在實(shí)際運(yùn)用中，可發(fā)揮積極作用。聯(lián)合各設(shè)施，形成業(yè)務(wù)所需的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)采集的效果，為分項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行提供支持與保障，保障定位的準(zhǔn)確性。最突出的優(yōu)勢(shì)為，可實(shí)現(xiàn)在惡劣情境下的作業(yè)，采集精準(zhǔn)度的數(shù)據(jù)信息。此技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能，同時(shí)兼具短信功能，若遇到了通信突然無(wú)法連通的情況，也能達(dá)到監(jiān)測(cè)的要求，采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為沉降的動(dòng)態(tài)控制提供支持。

3 基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用總結(jié)

3.1 構(gòu)建針對(duì)性形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

從促進(jìn)工程安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運(yùn)行的角度分析，基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，構(gòu)建形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要是在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，借助高性能水平的接收機(jī)，進(jìn)行GNSS 數(shù)據(jù)信息的采集，完成坐標(biāo)的計(jì)算，獲得每個(gè)點(diǎn)位的偏移量，同時(shí)和原始數(shù)據(jù)信息對(duì)比，獲得形變位移的累積變化量，運(yùn)用智能控制軟件算法，自動(dòng)化完成數(shù)據(jù)的擬合，同時(shí)預(yù)測(cè)位移的發(fā)展變化規(guī)律。構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)產(chǎn)生形變超限的情況，能夠自動(dòng)報(bào)警[1]。

構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配置了多類(lèi)型傳感器，融合了通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及遙感技術(shù)等，能夠?yàn)殍F路和高速公路等設(shè)施建設(shè)工作的開(kāi)展，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。根據(jù)監(jiān)測(cè)的需求，搭建具有監(jiān)測(cè)功能、處理功能和挖掘功能等的形變監(jiān)測(cè)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)以及形變分析，可達(dá)到厘米到毫米級(jí)的水平，獲得高質(zhì)量的監(jiān)測(cè)效果[2]。

構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要功能的形變監(jiān)測(cè)。其功能的實(shí)現(xiàn)，主要是通過(guò)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的定位信號(hào)增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)。常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要為直聯(lián)模式與級(jí)聯(lián)模式。運(yùn)用直接監(jiān)測(cè)手段，依靠當(dāng)前的新系統(tǒng)，利用系統(tǒng)配置的專(zhuān)用設(shè)備，構(gòu)建監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采取直接和地基增強(qiáng)系統(tǒng)基準(zhǔn)站聯(lián)測(cè)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程形變的監(jiān)測(cè)。具體分析如下：①直聯(lián)設(shè)計(jì)模式。在實(shí)際應(yīng)用中若想獲得高質(zhì)量的結(jié)果，必須做好系統(tǒng)運(yùn)行效果的把控，同時(shí)減少聯(lián)測(cè)操作。若監(jiān)測(cè)站與北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)之間的距離很遠(yuǎn)，那么要用相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間完成模糊度固定，使作業(yè)時(shí)間增加，影響變形監(jiān)測(cè)作業(yè)的效率[3]；②級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)模式和直聯(lián)監(jiān)測(cè)模式差異，其在構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所依據(jù)的基準(zhǔn)網(wǎng)基礎(chǔ)上建立。采用此方法，選擇形變監(jiān)測(cè)區(qū)域周?chē)O(shè)置基準(zhǔn)站，使新建的基準(zhǔn)站能夠和周?chē)嬖诘牡鼗鰪?qiáng)系統(tǒng)的基準(zhǔn)站實(shí)現(xiàn)聯(lián)測(cè)，達(dá)到增強(qiáng)監(jiān)測(cè)效果的目的，如圖1 所示。

圖1 連接模式（左側(cè)為級(jí)聯(lián)模式；右側(cè)為直聯(lián)模式）

實(shí)際應(yīng)用中為保障形變監(jiān)測(cè)作業(yè)需求得到滿足，必須要結(jié)合工程類(lèi)型和特點(diǎn)，選擇適宜的構(gòu)建方案，構(gòu)建高水平的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為后續(xù)的監(jiān)測(cè)作業(yè)提供支持與保障。這需要做好技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與效果的對(duì)比分析，優(yōu)選適宜的方法[4]。

3.2 做好系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)的把控

基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)構(gòu)建的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值與效果，要做好系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)的有力把控。在建設(shè)與運(yùn)行環(huán)節(jié)，根據(jù)形變監(jiān)測(cè)的要求，設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，做好監(jiān)測(cè)質(zhì)量的把控，確保形變監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量達(dá)標(biāo)。以橋梁形變監(jiān)測(cè)為例，主要內(nèi)容如下：①墩臺(tái)。按照監(jiān)測(cè)要求，對(duì)墩臺(tái)要在不同的垂直方向?qū)嵤┍O(jiān)測(cè)；同時(shí)對(duì)墩臺(tái)在上下游的水平位移進(jìn)行觀測(cè)；沿橋軸線方向進(jìn)行水平位移觀測(cè)；②塔柱。設(shè)置塔柱頂部水平位移部分、塔柱整體傾斜等指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)特點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測(cè)任務(wù)，采集數(shù)據(jù)信息，動(dòng)態(tài)掌握形變情況，為工程安全運(yùn)行提供支持與保障，避免自然災(zāi)害的發(fā)生，保障工程價(jià)值的實(shí)現(xiàn)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中獲得高精度的數(shù)據(jù)信息，為災(zāi)害的預(yù)防與控制提供有力支持。本文結(jié)合實(shí)踐，做簡(jiǎn)單的論述，提出通過(guò)構(gòu)建符合實(shí)際需求的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、做好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)的把控等建議。面向形變監(jiān)測(cè)需求，加大系統(tǒng)構(gòu)建的研究力度，提高監(jiān)測(cè)技術(shù)水平。