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：
监测中心分析基准基准基准
无线网防火
监测中心服务预监测
监测
监测
调度中
北斗地面沉降监测体系工作原理示意图
网络中断时使用短报
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
基于北斗的轻轨地面沉降监测技术研究
