GPS技術(shù)在建筑物變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要：GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中，站點(diǎn)間無(wú)需通視，可同時(shí)檢測(cè)多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，且具有快速、全天候和高度自動(dòng)化的特征，在工程測(cè)繪領(lǐng)域運(yùn)用及其廣泛。當(dāng)前，高層建筑大批量拔起，GPS 技術(shù)在監(jiān)測(cè)建筑物的變形監(jiān)測(cè)中起到了重要的作用。本文通過(guò)對(duì)GPS技術(shù)在建筑物變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究，以期更好的推進(jìn)我國(guó)建筑物的變形監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；建筑物；變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用；

中圖分類(lèi)號(hào)：TN97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-12-00-01

前言：變形監(jiān)測(cè)是建筑工程當(dāng)中常用的技術(shù)內(nèi)容，其能夠通過(guò)對(duì)建筑物的地基沉降情況和建筑位移、傾斜變形程度的監(jiān)測(cè)，了解建筑的狀況信息，以便及時(shí)采取有效辦法，避免建筑安全問(wèn)題導(dǎo)致災(zāi)難性危害的發(fā)生。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)多利用測(cè)量設(shè)備進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)，其實(shí)效性和準(zhǔn)確性、精確性不高，且在面臨復(fù)雜地形條件時(shí)，難度較大，無(wú)法保證工作的效率和質(zhì)量。隨著 GPS 定位技術(shù)的不斷發(fā)展，其利用自身的主要優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化和精確性，使得建筑工程和大型基礎(chǔ)建設(shè)的安全性得到極大保障， 其未來(lái)發(fā)展前景巨大。

一、GPS 觀測(cè)原理

作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)出現(xiàn)的全球定位系統(tǒng)（GPS） ，己逐漸在越來(lái)越多的領(lǐng)域中取代了常規(guī)光學(xué)和電子測(cè)量?jī)x器。首先，要了解 GPS 的原理，這樣在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，才能夠很好的做到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，GPS 主要有監(jiān)測(cè)站、主控站、注入站等組成，在監(jiān)測(cè)站中設(shè)置了雙頻 GPS 接收機(jī)、高精度原子鐘、計(jì)算機(jī)和各種環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器，對(duì)系統(tǒng)采集的測(cè)量信息進(jìn)行分析和處理， 主控站是 GPS 的核心部位具有監(jiān)測(cè)站的全部功能，協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主控站依據(jù)監(jiān)測(cè)站提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行推算變形數(shù)據(jù)以及提供改正的變形參數(shù)，并且將生成的數(shù)據(jù)反饋給注入站，進(jìn)而推算監(jiān)測(cè)站和 GPS 的反饋數(shù)據(jù)并將相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給導(dǎo)航電文，生成具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息。

二、變形監(jiān)測(cè)信息處理方法

采用 GPS 系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中， 監(jiān)測(cè)信息是反映監(jiān)測(cè)物變形程度的最有效、 可靠的數(shù)據(jù)參考。這就需要對(duì) GPS 系統(tǒng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)之前，應(yīng)制定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方案。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理方案的制定過(guò)程中選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)平差和變形分析方法等工作尤為重要。

監(jiān)測(cè)網(wǎng)平差和變形分析方法的基本思路上仍然是在前人的基礎(chǔ)上，區(qū)別在于處理的方式上要復(fù)雜一些，在具體的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，根據(jù)加測(cè)模式的不同和監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同有選擇性地選取適合本工作的數(shù)據(jù)處理方法，主要有靜態(tài)數(shù)據(jù)處理方法、 單歷元結(jié)算方法、動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波方法、譜分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、小波變化方法等。

三、GPS 在變形監(jiān)測(cè)中的特點(diǎn)

GPS 技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用是測(cè)量技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)的一次相對(duì)比較重要的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，GPS的精準(zhǔn)度比傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)的精度高三倍。GPS 檢測(cè)站不需要通視就可以進(jìn)行有效的檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)需要監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的通視才可以進(jìn)行，無(wú)需通視就是 GPS 檢測(cè)技術(shù)的不可多得的技術(shù)特點(diǎn)，GPS的這個(gè)技術(shù)特點(diǎn)使得檢測(cè)的范圍變得更加的廣泛。GPS 檢測(cè)的結(jié)果比較精準(zhǔn)，可以全天候的檢測(cè)，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、勞動(dòng)量小、速度快。GPS 檢測(cè)可同時(shí)提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移信息。在運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，平面位移和垂直位移是采用不同方法分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣不僅監(jiān)測(cè)的周期長(zhǎng)、工作量大，而且監(jiān)測(cè)的時(shí)間和點(diǎn)位也垂直于位移測(cè)量。

四、GPS技術(shù)在建筑物變形檢測(cè)中的運(yùn)用

（一）實(shí)現(xiàn)全天候的觀測(cè)。GPS 定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依托于衛(wèi)星技術(shù)，通過(guò)無(wú)線電進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，其受到氣候影響極小。同時(shí)，針對(duì)雷電天氣，只要在變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上進(jìn)行防雷電設(shè)施的配備和安裝，就能有效避免雷電天氣的影響。這一巨大優(yōu)勢(shì)和作用，能夠確保其變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，就抗洪和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用來(lái)講，其優(yōu)勢(shì)所在十分顯著。

（二）實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的三維位移同時(shí)測(cè)定。平面位移的測(cè)量主要依靠方向交會(huì)和距離交會(huì)、 全站儀坐標(biāo)法等進(jìn)行測(cè)定， 垂直位移則主要利用傾斜儀、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量和精密水準(zhǔn)測(cè)量等技術(shù)完成。兩種位移分開(kāi)，導(dǎo)致位移測(cè)量的工作量加大，造成成本和難度的增加。同時(shí)，水平位移和垂直位移監(jiān)測(cè)分開(kāi)，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)時(shí)間和點(diǎn)位不統(tǒng)一，造成變形分析的準(zhǔn)確性和難度加大。GPS 變形監(jiān)測(cè)則利用三維位移完成了所有測(cè)定內(nèi)容。

（三）實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化 。GPS檢測(cè)系統(tǒng)可以輕易實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析、報(bào)警到入庫(kù)的全自動(dòng)化。因?yàn)镚PS接收機(jī)可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，用戶(hù)可以在變形監(jiān)測(cè)站無(wú)人值守時(shí)把GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成無(wú)人值守的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而GPS接收機(jī)所收集的信息會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)娇刂浦行模瑫r(shí)也能夠在控制中心更改數(shù)據(jù)采樣率、監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)及監(jiān)測(cè)截止高度角等。這極大地節(jié)省了變形觀測(cè)的經(jīng)費(fèi)，避免人力資源的浪費(fèi)。

（四）可消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響。在兩期變形監(jiān)測(cè)中所求得的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)差使我們?cè)谧冃伪O(jiān)測(cè)中最為關(guān)注的數(shù)據(jù)， 而變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身的坐標(biāo)卻并不重要。雖然兩期變形監(jiān)測(cè)中所含的共同的系統(tǒng)誤差會(huì)對(duì)兩期的坐標(biāo)值造成影響，但卻不會(huì)影響所求得的變形量。 GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的起始坐標(biāo)的誤差，數(shù)據(jù)處理中所用的定位軟件本身的不完善以及衛(wèi)星信號(hào)在大氣層中的傳播誤差中的公共部分的影響可得以消除或削弱。

綜上所述，變形監(jiān)測(cè)作為建筑行業(yè)和基礎(chǔ)建設(shè)當(dāng)中的重要技術(shù)內(nèi)容，其對(duì)于建筑物安全和國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)、地質(zhì)安全保障等有著重要意義。隨著GPS 定位技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的不斷應(yīng)用和普及，變形監(jiān)測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性將不斷提高。然而，從當(dāng)前的應(yīng)用狀況來(lái)看，GPS 定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)性仍較強(qiáng)，未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及和運(yùn)用。為此，國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的普及化研究， 并解決當(dāng)前面臨的技術(shù)缺點(diǎn)和不足， 才能為 GPS 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及提供重要保障。

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