基于北斗的轻轨地面沉降监测技术研究.doc

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二一四年九月3目 录一、课题概况11.1 研究背景11.1.1 轨道交通及地面沉降监测现状11.1.2 北斗卫星定位系统应用现状21.2 研究内容31.3 研究意义41.4 可行性分析5二、总体技术路线62.1 设计原则62.2 技术路线72.2.1 地面沉降监测的主要内容72.2.2 北斗系统应用于沉降监测的工作原理72.2.3 北斗地面沉降监测技术设计方案92.3 关键技术研究132.3.1 快速定位技术132.3.2 精密授时技术142.3.3 短报文通信技术142.3.4 物联网技术142.3.5 无线数据传输技术152.3.6 智能预警技术152.3.7 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163.1 传统沉降测量技术163.2 北斗沉降监测和传统测量方式的对比方案173.3 北斗沉降监测和GPS沉降监测的对比方案17四、单位简介及以往成果184.1 单位简介184.2 以往成果194.2.1 基于北斗定位的野外地质数据采集系统194.2.2 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227.1项目组组织机构与职责227.2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：（1）以监测精度高、抗干扰性强为目标，研究如何实现监测点的合理布设，研究野外基准站和监测站的接收终端设计方案。（2）对比常用的无线数据传输技术，结合北斗卫星监测信息数据量较大的特点，研究适用于卫星信号传输的通信方案以及网络连接断开情况下的应急方案。（3）根据轻轨的特点，研究智能预警功能的实现原理，并提出可行的监测预警方式。（4）开展对监测点一张图式管理的研究，研究如何在一张图上实现监测点的可视化表达、点属性信息查询、点位沉降分析、分布式浏览等功能，并探索在三维建模方面的延伸应用。4、结合北斗系统自身的特点，从测量精度、数据质量、监测实时性、建设成本和维护难易程度等方面，对北斗沉降监测技术和传统沉降监测方法、GPS沉降监测方法进行对比，分析北斗系统应用于轻轨地面沉降监测的优缺点。1.3 研究意义本次研究旨在将北斗系统应用引入苏州轻轨桥梁地面沉降监测工作中，通过北斗系统对轨道交通沉降变形的实时监测与智能分析，第一时间将监测分析结果传递到监测中心，当沉降值超出设定阈值，出现安全隐患，系统会自动报警，并为相关部门提供决策依据、救援路线，及时消除隐患，保障轨道交通安全，防患于未然，保障人们的生命财产安全。在节省人力物力的同时，更精确更高效的完成监测和应急处理的任务，从而达到灾害“事先发现得了”和“事故中控制得住”的目的，这也使得苏州轨道交通一直秉持的“快乐启程，温馨到达”的服务理念得到更好的保障，具体意义如下：（1）为轨道交通系统提供一套全天候作业、高精度、高智能、响应快速的沉降监测技术体系，节省人力物力，提高沉降灾害预防及控制能力。（2）预测预报地面沉降的发展趋势，为轨道交通部门控制或预防轻轨沿线地面沉降，合理调度提供规划和决策依据。（3）使北斗沉降监测技术在轻轨沉降监测领域中得到推广应用，有力推进国产导航系统民用产业化，带动国产导航应用服务市场的发展，以减少对国外GPS的依赖。（4）加速我国轨道交通沉降监测网络的建立，提高相关部门对地面沉降灾害的监测效率和预警能力，为国家财产和人民提供安全保障。1.4 可行性分析1、技术可行性。地面沉降监测关注的主要是地面高程的变化，完全可以根据大地高程的变化来进行沉降监测，获得垂直位移分量。所以可以基于北斗建立基准站和监测站，从中获得沉降监测点的平面和高程分量信息，并进行远程无线数据传递进行实时数据处理。2、测量精度的可靠性。目前，我国正在实施北斗卫星定位系统建设，2015年该系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航以及通信服务能力，2020年左右，将覆盖全球。从设计指标上看，北斗二代定位、授时精度都不逊于美国现有的GPS-系统，增强区域即亚太地区，甚至会超过GPS。3、监测服务的高效性。北斗卫星定位系统的接收机可以实现野外监测数据的自动化采集，人工参与度低，可以有效消除天气、气候、人员等因素造成的工作延迟，同时有效避免了人为误差。北斗接收终端接收到卫星数据，远程实时传递到数据处理中心进行解算，数据传输、数据处理效率高。4、监测服务的连续性。我国的北斗二代卫星导航系统，是由位于不同轨道高度上的三种异质卫星组成的混合星座导航系统，它可以提供全天候不间断的高精度定位、授时等服务，支持在恶劣气候条件下连续采集数据。北斗最大的特点，就是把导航与短信功能紧密结合起来，当网络通信中断时，利用其短报文功能可以突破通信盲点，实现紧急通讯，可以保证轻轨沉降监测服务的连续性。二、总体技术路线2.1 设计原则1、监测系统既要有一定的先进性，又要有良好的实用性和可操作性，还需具有良好的扩展性，同时还要兼顾投资经济性。2、监测系统需充分考虑工程的实际特点，合理设置监测相关项目，科学布置监测断面和点位，既要保证监测点的代表性，又要体现其特殊性，系统要能有效、准确地反映沉降区的运行状态。3、监测系统要有能及时发现异常迹象的能力，需配置有效的分析处理软件，及时把握不利的发展变化趋势。4、监测系统要有预警发布能力，能为轨道交通安全运行管理提供实时信息服务。2.2 技术路线2.2.1 地面沉降监测的主要内容地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。沉降监测指的是利用一定的测量技术手段，对监测目标发生的微小移动或变形进行连续不断测量，得出其三维变化及其演变趋势的工作，地面沉降监测主要指的是变形监测。从空间位置上看，地面沉降监测包含平面位移量监测和垂直方向（即高程）的位移量监测；从监测方式来看，轻轨地面沉降监测包括对轻轨通过瞬间的地面瞬时位移形变量的监测和一段时间内累计位移形变量的监测。2.2.2 北斗系统应用于沉降监测的工作原理北斗地面沉降监测技术包含了野外监测数据自动化采集、无线数据传输、室内数据处理、成果数据分析等一系列过程，其基本工作原理如下图所示： 调度中心监测中心分析终端监测站监测站基准站基准站监测站基准站无线网络防火墙监测中心服务器端网络中断时使用短报文通信预警信息北斗地面沉降监测体系工作原理示意图实际工作中，首先要根据轻轨路段情况，在监测地段布设三个或以上基准站，选择地质构造较坚硬，无物体遮挡、无强电场和微波电磁干扰的地方，安置高精度北斗双频接收机。在被监测的轨道沿线安置若干北斗监测装置，基准站与监测站间通过无线电进行同步联络，接收机根据载波相位差分的相对定位原理，可实时进行数据处理，获得监测站每一时刻高精度的三维空间坐标信息，并利用北斗的授时功能获取当前时间。在布设好监测站和基准站设备后，在服务器端开启监测服务，接收设备接收双频信号。监测中心服务器具有公网IP，数据采集开始后，利用软件进行动态域名解析，得到公网IP。设置好接收机采样间隔，从基准站和监测站接收到的信号通过无线网卡，使用无线通信网络实时传送到监测中心。服务器端通过动态域名解析软件得到静态公网地址，连续不断通过网络接收数据，并下载实时的精密星历，根据双频载波相位差分原理，利用数据解算模块实时精密计算监测点三维坐标。解算模块对原始观测量进行滤波去噪处理，以削弱北斗实时观测和动态解算过程中的多种随机误差，并剔除异常粗差，使定位结果更接近真值。同时，严格控制基准站与监测站之间的观测同步，采用相同时刻的北斗原始观测数据进行差分解算，以最大程度削弱大气层延迟、电离层扰动造成的观测误差，使解算结果精度达到毫米级。若接收端检测到无线网络断开，则自动开启接收机自带的坐标解算功能获取当前三维坐标，并通过北斗短报文向监测中心发出时间、坐标、站号信息。服务器端智能预警模块通过计算瞬时和累计的坐标变化量与事先设定阈值对比确定是否发出报警。若超出阈值，服务器发出报警，通过Intranet将该监测点信息发送到调度中心安排调度，同时将相关信息传到监测中心客户端。客户端组件在收到预警信息后，经坐标转换，监测点在专题图上高亮显示。利用高效的最优路径算法，用户可及时获取最佳抢修路线。通过沉降分析模块绘制监测点位移变化时程曲线及沉降变化曲线、三维建模、趋势预测等功能，用户可输出报表、图像，制定出较为完善的抢修计划。2.2.3 北斗地面沉降监测技术设计方案整个基于北斗二代的监测系统由野外基准站和监测站、无线通信网络、监测中心服务器、监测中心分析终端四大部分组成。在苏州地铁2号线5座高架车站沿线布设北斗监测网，在监测点放置北斗卫星接收设备，并在远处地面不容易发生沉降或变形的区域建立基准站，具体工作指标需根据实际需求确定。监测点接收机终端负责接收卫星数据，卫星数据通过无线网络传输到监测中心服务器，监测中心进行实时解算，网络中断时可利用北斗短报文进行应急处理。经解算后将有用数据存入数据库中，服务器端根据设置的阈值进行预警。监测中心客户端组件可查看监测点分布图，实时调用数据库中的数据进行各监测点指定时间段内进行数据分析。1、接收端设计方案实时动态监测多适用于快速变形或在缓慢变形中存在突变的变形，常利用载波相位观测值进行解算。地面沉降监测要求定位精度很高，一般选用双频高精度北斗卫星接收机。双频高精度北斗卫星接收机可以同时接收B1、B2载波的信号，利用两频率对电离层延迟影响的不一样，可消除电离层对电磁波延迟的影响。对于所有的北斗卫星观测数据而言，电离层的误差都是固有的，结合两个频率的卫星观测信息，建立模型可以有效地消除这种误差。高精度北斗卫星接收机不仅可以输出伪距等信息，还可以输出高精度定位解算需要的载波相位等数据，很适合桥梁形变监测、地面沉降监测等高精度测量。2、数据无线传输方案在无线通信标准中，GSM和GPRS方式传输速率较低，不太适合大量数据的传输，而3G网络在传输速率上有很大优势，因此一般选择3G网作为监测系统接收端与服务器之间的通信链路。一般情况下，由于精密定位计算量较大，系统将各站点接收到的卫星数据直接通过3G网络发送回服务器，在服务器端使用精密的解算程序实时解算监测点的三维坐标和当前时间，实现高精度的监测。另外，北斗二代系统本身具有短报文功能，每次可发送120字节，在遇紧急事件基站失效的情况下，也可利用接收仪器本身进行数据解算获取三维坐标，并自动通过卫星方式将与无线网络失联的监测站点信息发送到监测中心服务器端。3、服务器端设计方案监测中心服务器端一般包括数据解算模块、接收端设置模块、智能预警模块和数据库四部分。数据解算模块实时接收来自监测设备的卫星数据，通过精密的解算程序解算出监测点的三维坐标。接收端设置模块可设置观测的时间间隔，控制接收设备的开关，获取设备运行状态。智能预警模块可设置监测点沉降的阈值，分为瞬时阈值和累计阈值。当观测时间间隔内获取的两次坐标变化超出瞬时阈值或从监测开始至当前时间的累计坐标变化超出累计阈值时，系统报警。服务器迅速向轨道交通调度中心发出预警，将沉降区域监测点坐标传输到调度中心，调度中心安排列车调度，同时将信息传到监测中心的客户端进行分析和应急处理。数据库用于存储接收机传输的原始数据和经解算之后的坐标数据，当分析终端进行数据分析时，需要通过内网向数据库发送数据请求，数据库响应之后发送相关数据到分析终端，为分析终端提供分析的源数据。4、分析终端设计方案（1）监测点一张图式管理分析终端可以实现对监测站点的一张图式管理，用户可以在不同的终端查看基于网络模型构造的监测点分布专题图，同时可以叠加相应区域的地质底图、地理底图或行政规划图等各种各样的专题图件，充分了解监测区域的区域地质背景、地理特点和基础设施分布情况。监测点显示基于最初测量的平面坐标，点击监测点，通过与服务器数据库连接，可查看监测点实时状态，实现图上查询监测点属性的功能。（2）图上智能预警当服务器发来警报时，监测点分布图立即高亮显示预警监测点，通过点击该点查看其具体沉降信息。（3）地面沉降曲线分析用户在监测点分布专题图上可以选择一个或多个监测点，指定任意时间段进行沉降分析，包括绘制监测点位移变化时程曲线及沉降变化曲线，采用最小二乘曲线拟合方法，对每个观测点建立观测时间段内的位移与时间的函数关系，可直观地表示出地面沉降和变形情况。位移报表和分析图表均可输出为excel或图片。（4）地面沉降三维建模使用监测区域的地形数据构建数字高程模型，用户可以在三维场景中操作空间数据。通常利用监测区测量的高程数据生成不规则三角网（TIN），再利用三维虚拟仿真技术将相应的监测点专题图或地质图、行政规划图等成果图件与地表模型叠加，实现二维信息和三维模型一体化集成与表达。结合高程数据呈现的立体感，可以很直观地分辨出轨道、公路以及建筑物所处地势，研究者可以随时确定某点的具体位置以及地上、地下等周边环境。（5）地面沉降趋势预测评价地面沉降的预测评价应当依据调查和监测取得的数据及沉降分析成果，通过正确的、合理的、有根据的地面沉降趋势预测评价，对其稳定性变化的总趋势和区域性特征进行评价和预测，对地面沉降速率、可能的沉降超标时间进行预测，并利用后续的观测数据进行验证，得到关于地面沉降可能的危害性和危险性的结论，供轨道交通指挥中心参考使用。2.3 关键技术研究2.3.1 快速定位技术目的在于确定用户地理位置，为用户及主管部门提供快速定位服务。北斗卫星导航定位系统使用的卫星，以快速捕捉信号和传送大量数据见长，从用户发出定位申请，到收到结果，只需1秒钟。而在这1秒钟内，整个系统要完成发送申请信号、上传卫星、经地面控制中心计算出位置，再将定位信息发送分析终端等流程，而其中快速捕捉信号只用了几毫秒。资料显示这项20年前设计的快捕技术，在今天仍属世界最先进的技术，可以快速捕捉监测区高程位移变化。北斗沉降监测系统定位精度高，平面精度优于2.5mm、垂直精度优于5.0mm。最短定位更新时间小于1秒，一次定位成功率95。2.3.2 精密授时技术卫星授时与导航定位技术是最重要、最关键的国家基础设施建设保障技术之一，而高精度的时间则是导航定位的基础。北斗高精度授时可为各类用户尤其是现代通信网及电力网提供全天候、全天时的高精度时间标准，对于保障国民经济的日常运作甚至国家安全都至关重要。北斗授时采用中国的北斗导航系统进行高精度授时。北斗无源授时型接收机仅接收北斗卫星信号，在注入接收机当前的地理位置后便可以实现精确的授时。两星型无源北斗接收机需要输入准确的经纬度和高度坐标才能进行准确授时，不便于工程安装和使用，不能满足动态授时需求。而三星接收机可以只输入准确高程即可实现高精度授时，而且如果有高程持续输入，可以满足动态授时应用。2.3.3 短报文通信技术北斗卫星导航定位系统具有用户与用户、用户与地面控制中心之间双向数字简讯通信能力，每次可发送120字节，在遇到紧急事件基站失效的情况下，可以利用接收仪器本身进行数据解算获取三维坐标，并自动通过卫星方式将与无线网络失联的监测站点信息发送到监测中心服务器端。一般用户1次可传输36个汉字，经核准的用户可利用连续传送方式最多可传送120个汉字。这种短报文通信服务，GPS无法提供。2.3.4 物联网技术北斗监测设备与物联网技术相结合，其核心和基础仍然是互联网技术，是在互联网技术基础上延伸和扩展的一种网络技术；其用户端延伸和扩展到了任何物品和物品之间，进行信息交换和通讯。物联网技术可以通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统(GPS、北斗)、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理。北斗沉降监测技术中的北斗监测接收设备可以组建物联网，利用无线网络与监测中心服务器进行信息传递。2.3.5 无线数据传输技术通信网络是连接基准站、监测站和监测中心的通讯链路。从轻轨周边地面沉降区域监测点可以看出，监测点之间的距离较近，监测点分布在城市里，高楼林立，遮挡物体比较多，采用有线传输方式的施工难度更大，采用无限覆盖传输方式比较适合。北斗地面沉降监测系统的无线数据传输技术有无线蓝牙、无线WiFi、2G（GPRS）/3G等，北斗卫星数据量相对较大，一般选用3G无线通信技术。2.3.6 智能预警技术智能预警技术包括了轻轨在北斗地面沉降监测系统上两个重要数值的报警技术，瞬时阀值和累计阀值。瞬时阀值，是当轻轨经过该区域时由于自身的重量形成的重力对于该地区地质、基石的瞬时压强，所造成的地面沉降数值的瞬时变化，当轻轨列车驶出该区域之后，地面沉降数值恢复正常。此时，通过专业地质知识，设定一个地面沉降安全数值，超过这一数值时，系统自动报警，给工作人员提出警示。累计阀值，是在一段时间里该区域受到轻轨驶过，由于自身重力对该区域地质、基石的累计压强，所造成的地面沉降数值的累计变化。除此之外，由于该区域自身地质条件，地下水等原因，本身也会造成日积月累的自然沉降。两者加在一起的累计变化会对轻轨线路造成不可估量的危害，此时，需要结合该区域综合的地质、水文、人文条件，对该区域设定一个地面沉降数据的累计阀值，通过北斗系统来进行监控，当累计沉降值超过阀值时，进行报警，消除隐患。北斗智能预警技术既可实现轻轨地面沉降数值的瞬时预警，也可以进行累计沉降值预警，它可以通过无线数据传输技术的应用，把卫星定位信息反馈到监测端进行解算预警，消除轻轨沿线的地面沉降安全隐患，起到控沉防沉的作用。2.3.7 沉降曲线分析技术通过北斗系统对轻轨沿线的地面沉降数据的观察、监测、记录，生成二维的图表，对监测到的地面沉降数据具有直观的认知。二维坐标图的横抽上标明的是时间轴，对地面沉降数据各个时间点进行记录；纵轴上标明的是沉降数值，对应横轴上各个时间点的下沉量；最后，把每个单独的点连接成曲线，就有了对该区域轻轨地面沉降数据的直观认知，得到地面沉降数据的曲线变化图。三、北斗地面沉降监测与其他技术的对比3.1 传统沉降测量技术沉降监测包括沉降体整体变形监测，沉降体内应力应变监测，外部环境监测如降雨量、地下水位监测等等。变形监测是轨道交通的重要内容，也是判断沉降的重要依据。以往变形监测方法是用常规大地测量方法，即：平面位移采用经纬仪导线或三角测量方法，高程用水准测量方法。传统用于位移监测的仪器主要有：全站仪、位移传感器和激光测试等。3.2 北斗沉降监测和传统测量方式的对比方案传统的沉降监测技术虽然沿用了很长时间，但是有很多缺陷和不足，本研究将对北斗地面沉降技术和传统地面沉降测量技术在建设成本、维护难易程度、监测质量、实际环境等方面进行对比。北斗地面沉降监测技术和传统地面沉降监测技术的对比方案：1、建设成本上，计算出研究时间段里，两种技术在设备建立费用、设备维护费用的总和各是多少，然后进行对比。2、维护难易程度上，计算出研究时间段里，两种技术在维护需要的人员数量和花费时间上各是多少，然后进行对比。3、位移监测数据质量上，在研究过程中，对两种技术在垂直高程位移监测、横向水平位移监测的误差数值参数进行对比；记录两种技术监测的位移数据，进行精确程度对比。4、实时性上，在研究过程中，记录数据回传过程中，对两种技术的用时长短进行对比。3.3 北斗沉降监测和GPS沉降监测的对比方案GPS地面沉降监测技术是现在运用的比较主流、比较成熟的技术，本研究将对北斗地面沉降技术和GPS地面沉降技术在覆盖范围、定位精度、实时监控、扩展应用、短报功能、经济成本、战略意义方面进行对比。北斗地面沉降监测技术和GPS地面沉降监测技术的对比方案：1、覆盖范围上，在相同山体下、隧道中、高建筑物下，记录两种技术监测时设备的信号强弱参数，进行对比。2、定位精度上，设立若干监测点，记录两种技术监测出的数值精确程度参数，进行对比。3、实时监控上，计算出研究过程中，两种技术在集团用户大范围监控管理上的成本费用各是多少，进行对比。4、扩展应用上，对两种技术的应用领域、应用范围、应用程度进行对比。5、短报功能上，验证GPS系统和北斗系统是否具有短报文通信功能；如果有，记录短报文可发送的最大字节数是多少，进行对比。6、经济成本上，计算出研究过程中，两种技术在设备建立费用上各是多少，然后进行对比。7、战略意义上，查询相关历史资料和文献，找出GPS在战时是否对某敌对国家进行技术性使用限制或者是战略性使用关闭。查询相关政策法规，找出我国对北斗以及其扩展技术的政策性支持。四、单位简介及以往成果4.1 单位简介江苏省有色金属华东地勘局地质信息中心是一家以地质勘查为基础，以信息化技术为手段，以提升国土资源信息化管理水平为目标，集软件研发、平台搭建、数据库建设、国土资源信息应用服务和地质信息化知识科普等功能为一体的综合性科研单位。主要从事地质信息化软件研发、勘探软件集成应用、3S 集成与空间信息服务研究等。有色金属华东地质勘查局地质信息中心共有员工86人，其中博士1人、硕士19人，本科及其以上学历占总人数的93%，具有高级工程师6人、中级工程师23人，中级及其以上工程师人数占总人数的近40%。具有研发能力的人员有60余人，技术力量庞大。4.2 以往成果4.2.1 基于北斗定位的野外地质数据采集系统野外地质数据采集系统是由地质信息中心自主研发的一套地质信息化辅助勘查软件系统，其主要目标是实现野外数据的数字化采集和实时回传，目前已经在局下属生产单位中推广应用，取得了良好的成效。系统以我局现有的地质矿产业务数据为基础，为用户提供一个有关野外地质数据采集的工具平台，从而实现利用GIS、数据库、嵌入式技术实现野外地质数据的自动化采集、网络化回传、实时化处理、综合化分析等功能，使地质矿产数据更好的为地质矿产信息化服务。坐标信息是野外地质数据采集工作获取的关键信息，野外地质数据采集系统依托于北斗手持终端进行坐标数据自动化采集，然后利用北斗卫星定位系统实时回传至数据中心服务器，通过地质数据标准化平台完成数据解译、数据分析、数据建模、评价与设计工作，再以云端远程服务动态定向推送给生产一线队伍，进行勘查成果即时反馈。基于北斗定位的野外地质数据采集系统改变了传统野外地质找矿工作方式，实现了地质勘查野外生产数据的动态采集、标准管理与实时回传，从而加强专家组对野外地质工作的实时指导，提高找矿现场决策效率。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我中心于2010年参与了金东矿业的安全避险“六大系统”建设项目，其中对金东矿山的采空区、尾矿库都做了地面沉降监测方面的应用，为沉降信息数字化采集和沉降智能预警做出了突出贡献。采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。我中心运用地面沉降技术对采空区进行地面沉降监测，在人员、机械设备进入时和长期的作业过程中，对采空区的地面沉降进行严格的实时和长期的监测记录，为金东矿山的正常开采起到了积极的技术支持，对金东矿山生产人员、生产机械设备的安全起到了一定的保护作用。尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。在对尾矿库坝体的监测过程中，我中心同样也使用了地面沉降监测技术，时刻监测和累计观察记录了坝体的形变量，在第一时间里查出尾矿库坝体的形变数值是否异常、是否达到了预警值，对溃坝和突发性人造泥石流的发生起到了有效的警示和预防作用，为周边地区的人员安全、生态环境提供了积极的保护。五、预期成果1、对轨道交通部门进行沉降监测方面的需求调研，形成需求分析及可行性分析报告。2、完成实现北斗定位与监测功能的关键技术研究，形成关键技术研究报告。3、完成北斗沉降监测与其他监测方式在数据精度、数据质量、监测实时性和建设成本方面的对比，形成对比分析报告。4、建立基于北斗的轻轨地面沉降监测技术体系，形成北斗轻轨地面沉降监测技术研究报告，并研发分析终端原型系统。六、工作安排本项工作的具体实施主要划分为以下三个阶段：1、初期研究阶段：搜集北斗最新研究动态，明确北斗系统的优势与特点，针对苏州轨道交通部门完成轻轨沉降监测需求分析，研究、制定总体工作方案。 2、总体设计阶段：确