GPS在高層建筑變形監(jiān)測中的應(yīng)用

郭梁

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊　江西上饒　334000）

GPS在高層建筑變形監(jiān)測中的應(yīng)用

郭梁

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊江西上饒334000）

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，工程建設(shè)已經(jīng)成為促進我國經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，為了適應(yīng)人們的個性化需求，高層建筑成了目前工程建設(shè)項目的主流趨勢。運用GPS技術(shù)的特點，介紹GPS在高層建筑變形監(jiān)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；高層建筑；變形監(jiān)測；應(yīng)用

隨著我國建筑工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，我國的高層建筑已經(jīng)成為建筑項目的主流。由于高層建筑形體的特殊性，因此，針對高層建筑的施工工藝也在不斷的改進，高層建筑中的變形監(jiān)測顯得尤為重要。但是由于高層建筑的結(jié)構(gòu)有一定的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性造成了高層建筑的變形監(jiān)測有一定的難度，因此，在這個背景下，積極運用各種高科技技術(shù)來對高層建筑進行變形監(jiān)測是十分有必要的。GPS技術(shù)的中文全稱為全球定位系統(tǒng)，這個技術(shù)的突出特點是速度快，并且具有全天性而且自動化程度高，GPS技術(shù)可以同時測量定點的三維坐標(biāo)，測量的精度高，因此，在我國高層建筑的測量上有著很廣泛的應(yīng)用。我國傳統(tǒng)的檢測技術(shù)是基于應(yīng)用水準(zhǔn)的一種變形監(jiān)測方法，主要是應(yīng)用于測量地基的沉降，并且利用三角測量的方法來監(jiān)測建筑地基的移動以及建筑的整體傾斜度。但是，從高層建筑的建筑情況來看，變形監(jiān)測的環(huán)境比較復(fù)雜，并且作業(yè)員勞動強度大，因此很難實現(xiàn)自動化監(jiān)測的目標(biāo)。但是，通過GPS進行水平位移的觀測，可以獲得誤差小于2mm的矢量。因此，筆者在本文重點分析了GPS在高層建筑的變形監(jiān)測中的應(yīng)用，對高層建筑的變形監(jiān)測有參考價值。

1　GPS技術(shù)的監(jiān)測模式

1.1周期性監(jiān)測模式

利用GPS技術(shù)進行監(jiān)測的模式可以依據(jù)行變體的變形速度來確定，對于那些速度比較慢的，并且在局部的空間以及時間領(lǐng)域都可以保持穩(wěn)定狀態(tài)下的建筑，可以使用 GPS技術(shù)進行變形監(jiān)控，同時作業(yè)員可以根據(jù)實際情況來設(shè)置監(jiān)測的頻率。當(dāng)采用GPS的靜態(tài)定位法對建筑物進行測量時，可以通過在固定的觀測點放置至少2臺以上的GPS接收機來實現(xiàn)同步檢測，這種方法需要頻率較高的監(jiān)測方式，從而達到精度為10-9的狀態(tài)。

1.2連續(xù)性監(jiān)測模式

從連續(xù)性監(jiān)測模式的定義來看，是指作業(yè)員通過固定的監(jiān)測儀器進行對建筑物監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集，從而得到一系列高層建筑物變形的數(shù)據(jù)。由于監(jiān)控數(shù)據(jù)是連續(xù)不斷的，因此，對于不同的時間段，分辨率也是比較高的。同時受連續(xù)性監(jiān)測模式的影響，主要可以通過靜態(tài)相對定位以及動態(tài)相對定位的方式來對高層建筑進行變形監(jiān)測，從目前GPS技術(shù)的監(jiān)測精度來看，已經(jīng)達到了亞毫米的等級水平。

2　GPS技術(shù)應(yīng)用于高層建筑變形監(jiān)測的優(yōu)勢

2.1自動化水平高

從GPS技術(shù)在變形監(jiān)測的自動化水平來看，在利用GPS技術(shù)進行高層建筑的變形監(jiān)測時，只需要一名作業(yè)員將天線安置在測量站上，并且測量天線的高度，并且接通電源，啟動GPS接收機，監(jiān)控儀器隨即開始工作。在變性工作結(jié)束之后，作業(yè)員僅需要關(guān)閉電源，將接收機回收，高層建筑逇變形監(jiān)測數(shù)據(jù)就可以直接進行采集。

2.2精度高

從接收機與高層建筑的設(shè)置距離來看，距離小于15千米的檢監(jiān)測精度可以達到毫米的程度，對于10千米以上的距離，精度可以達到10-7的程度。對于高層建筑的變形監(jiān)測，通過作業(yè)員高準(zhǔn)確度的觀測措施以及數(shù)據(jù)處理軟件，高層建筑的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可以達到亞毫米級，并且高程的精度可以達到1mm左右。

2.3誤差小

利用GPS技術(shù)進行高層建筑的變形監(jiān)測時，只要作業(yè)員在測量的過程中保持天線能夠維持穩(wěn)定狀態(tài)，那么GPS接收機所接受的數(shù)據(jù)中的對中誤差以及定向誤差都不會影響最終對高層建筑的監(jiān)測結(jié)果。

2.4前景廣

隨著全球GPS技術(shù)的逐漸發(fā)展和普及，該技術(shù)的自動化水平高、精度高以及誤差小等優(yōu)勢都決定了GPS技術(shù)在全球的應(yīng)用范圍會越來越廣，GPS技術(shù)的運用使得高層建筑的變形監(jiān)測效率得以顯著的提高，在很大程度上都節(jié)省了建筑施工單位的成本以及時間。

3　GPS在高層建筑變形監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1準(zhǔn)動態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測

針對高層建筑的變形檢測中，在準(zhǔn)動態(tài)狀態(tài)下的監(jiān)測是十分重要的。因此，在進行變形監(jiān)測過程中，需要利用該高層建筑的形變模型，從而通過多個時間段的數(shù)據(jù)監(jiān)控的方式，對高層建筑在準(zhǔn)動態(tài)情況下進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，從而可以得出高層建筑的整體形變。舉例來說，哈市道里區(qū)民生尚都C區(qū)總共有32層，并且高度為110米，距離該棟建筑物場地的400米位置有一個三等水平的水準(zhǔn)點，因此，在進行變形監(jiān)測時，作業(yè)員可以將這個水準(zhǔn)點作為自己監(jiān)測的監(jiān)測點，并且在高層建筑物的附近大街上的空地上設(shè)定一個水準(zhǔn)基點，可以將其命名為A，另外將這個水準(zhǔn)基點A作為基礎(chǔ)側(cè)面B的高程基準(zhǔn)，在設(shè)立水準(zhǔn)基點A時，這個基點需要具備方便觀測并且容易保存的特點，并且這個基點的位置需要在該高層建筑的形變影響范圍之外。利用GPS技術(shù)在該高層建筑的附近尋找一個觀測條件相對較高的觀測地作為測量的基準(zhǔn)點，同時將其作為變形監(jiān)測的基準(zhǔn)站以及參考站，可以將其命名為C和D。在設(shè)立完畢之后，要在該高層建筑的一樓的主要砼柱上設(shè)置20個不同的監(jiān)測點，從而形成一個基礎(chǔ)的監(jiān)測面E，這個監(jiān)測面的主要作用是為了監(jiān)測大樓是否發(fā)生移動的現(xiàn)象。在完成這部分工作之后，作業(yè)員需要在該高層建筑的樓頂扇設(shè)置4個不同的GPS監(jiān)測點，從而形成一個整體的監(jiān)測面即F，作業(yè)員通過對F監(jiān)測面的運動狀態(tài)來研究該高層建筑的準(zhǔn)動態(tài)狀態(tài)。

在利用GPS技術(shù)進行監(jiān)測時，監(jiān)測人員需要利用靜態(tài)測量的模式來對高層建筑物進行監(jiān)測，同時也可以使用雙頻接收機來使得監(jiān)測的結(jié)果更加精準(zhǔn)，在監(jiān)測時段的設(shè)置上可以選擇30分鐘或者120分鐘的范圍內(nèi)，并且作業(yè)員需要使用獨立的坐標(biāo)系統(tǒng)來滿足高層建筑變形監(jiān)測的需要。從整體的監(jiān)測面E上，作業(yè)人員需要先計算出各個監(jiān)測點的坐標(biāo)值，并且將坐標(biāo)值帶入到高層建筑的形變模型中去，從而可以計算出整體監(jiān)控面F的坐標(biāo)值，最終通過計算得出該高層建筑的形變特征。在這個實例分析中，針對高層建筑的變形監(jiān)測主要是依托于準(zhǔn)動態(tài)特征，并且作業(yè)員通過分析所測量的數(shù)據(jù)，從而得出高層建筑物的形變的動態(tài)特征。

3.2實時動態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測

不同于準(zhǔn)動態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測，由于高層建筑的特殊性，在各種自然災(zāi)害的影響下，實時動態(tài)特征下的變形監(jiān)測對于高層建筑的運行和維護有著十分重要的作用。這種變形監(jiān)測可以監(jiān)測高層建筑物的相對位移以及建筑物的擺動頻率。因此，利用GPS技術(shù)進行實時動態(tài)下的變形監(jiān)測，可以深入了解高層建筑的變形特征，并且在受到地脈動以及縫在的影響下時自身的自振特性。在進行監(jiān)測時，監(jiān)測人員同樣也需要使用雙頻的GPS信號接收機，并且將其放置于觀測條件相對較好的地面監(jiān)測位置，同時將其設(shè)置為基準(zhǔn)站，；另一臺GPS信號接收機則需要放置于離基準(zhǔn)站大約300米出的空地上，并且將其設(shè)置為參考點，而第三臺GPS信號接收機則需要放置在該高層建筑的樓頂空曠場地位置，并且作業(yè)人員需要確定其周圍是否有干擾源，在確定無干擾源之后，將其作為監(jiān)測點之一。在設(shè)置基準(zhǔn)點以及監(jiān)測點之后，作業(yè)人員在設(shè)置GPS接收機時，GPS的采樣時間需要保持在1秒左右，并且GPS的觀測時間也應(yīng)該維持在1小時左右。通過將數(shù)據(jù)列入坐標(biāo)軸中，可以通過數(shù)據(jù)分析出觀測時間段內(nèi)的曲線變化圖，在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析之后，觀測人員可以看出應(yīng)用GPS技術(shù)于高層建筑的變形監(jiān)測中，觀測質(zhì)量優(yōu)良，數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)。如果需要更高級別的數(shù)據(jù)分析，作業(yè)員可以通過頻譜分析法來得出監(jiān)測所需的三圍數(shù)據(jù)的序列，這種三圍數(shù)據(jù)序列可以幫助監(jiān)測人員更準(zhǔn)確地確定一定時間周期內(nèi)監(jiān)控數(shù)據(jù)的變化趨勢。

4　結(jié)束語

隨著建筑工程項目的迅速發(fā)展，高層建筑的數(shù)量也在不斷的增加，為了保證高層建筑的質(zhì)量，對高層建筑的變形進行監(jiān)測很有必要。GPS技術(shù)應(yīng)用于高層建筑的變形監(jiān)測是時代發(fā)展的需要。由于傳統(tǒng)的測量工具成本高，精度低以及效率低下，GPS技術(shù)在高層建筑的變形監(jiān)測中的優(yōu)點突出，監(jiān)測精度高，市場發(fā)展的前景十分廣闊。

參考文獻

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