北斗高精度城市高層建筑自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

高琴

摘要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)投入民用后，已廣泛地在導(dǎo)航、定位等各領(lǐng)域應(yīng)用，尤其在測(cè)量界的控制測(cè)量中起了劃時(shí)代的作用。因?yàn)樗陟o態(tài)相對(duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn)，使人們普遍采用其來(lái)代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果，在精密工程變形監(jiān)測(cè)中也逐步得到廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)將基于北斗高精度安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)城市高層建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、全天候監(jiān)測(cè)、定時(shí)上傳、數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、計(jì)算、存儲(chǔ)，提供毫米級(jí)精度絕對(duì)坐標(biāo)，自動(dòng)預(yù)警報(bào)警，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等功能。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；變形監(jiān)測(cè)

1前言

高層建筑在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)受到風(fēng)力、溫度以及突發(fā)的自然災(zāi)害等外界因素的影響，同時(shí)，也會(huì)受到鋼筋松弛、墻體銹蝕、地基沉降等內(nèi)在因素的影響。在內(nèi)外因素的影響之下，將產(chǎn)生幾何變化、內(nèi)力變化和索力變化等各種效應(yīng)。如果這些變化過(guò)大，超過(guò)了地基或鋼體能夠承受的安全范圍，將會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

為此，本系統(tǒng)將基于北斗高精度安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)高層建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：對(duì)浙江省諸暨市50棟高層房屋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將集成傾斜儀、裂縫計(jì)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多維、立體式的監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警、展示、巡檢等功能?；诒倍沸l(wèi)星的高精度安全實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，創(chuàng)新高層建筑安全管理模式。

2系統(tǒng)解決方案

2.1技術(shù)原理

系統(tǒng)采用北斗高精度連續(xù)觀測(cè)技術(shù)，在待監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝高精度監(jiān)測(cè)終端，通過(guò)相對(duì)定位方法，如果A和B兩點(diǎn)在同一時(shí)段內(nèi)觀測(cè)了相同的一組衛(wèi)星（至少四顆）。而且A是一個(gè)已知點(diǎn)，通過(guò)服務(wù)平臺(tái)解算，把原始改正信息傳到B點(diǎn)，那么B點(diǎn)的位置就能達(dá)到靜態(tài)毫米級(jí)精度。系統(tǒng)集成三維建模技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)高層建筑物的傾角、扭矩等，并且通過(guò)連續(xù)觀測(cè)，監(jiān)測(cè)沉降及位移等參數(shù)，同時(shí)可以兼容溫度、濕度、擾度、加速度傳感器、傾斜儀等傳統(tǒng)傳感器實(shí)現(xiàn)多維度的安全監(jiān)測(cè)，打造高層建筑健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)聚焦住建部對(duì)超高層建筑形變監(jiān)測(cè)的要求以及當(dāng)前橋梁、大壩、危房等建筑的安全監(jiān)測(cè)需求，與武漢大學(xué)地球物理研究所共同開(kāi)發(fā)高層建筑、大壩、邊坡等典型監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行物理形變建模，同時(shí)開(kāi)發(fā)手機(jī)APP客戶端，可對(duì)監(jiān)測(cè)物進(jìn)行動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)警服務(wù)，集成三維建模及GIs技術(shù)，提供三維可視化服務(wù)，并開(kāi)創(chuàng)了聯(lián)合保險(xiǎn)公司以安全監(jiān)測(cè)險(xiǎn)的方式共同提供服務(wù)的商業(yè)模式。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、層次清晰、功能明確，系統(tǒng)由：

①數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：

②數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)：

③評(píng)估分析子系統(tǒng)：

④預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成，

2.3硬件配置

1）接收機(jī)：

2）北斗高精度三防手機(jī)；

3）高精度形變監(jiān)測(cè)終端。

2.4軟件系統(tǒng)

北斗高層建筑自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是面向北斗形變監(jiān)測(cè)綜合應(yīng)用的專業(yè)化綜合應(yīng)用系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)主要包括三個(gè)子系統(tǒng)，包括：

1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：

2）高精度形變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：

3）基于互聯(lián)網(wǎng)的形變數(shù)據(jù)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)：

高精度北斗高層建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目標(biāo)明確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流程清晰、功能完備，解決方案因地制宜、具有鮮明的針對(duì)性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)在確保監(jiān)測(cè)功能及精度性能的前提下，能充分考慮工程的實(shí)際條件并兼顧工程投資的經(jīng)濟(jì)性，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，科學(xué)配置系統(tǒng)單元，最大程度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求與目標(biāo)。在對(duì)建筑物進(jìn)行三維模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)超高層建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取建筑物當(dāng)日最大振幅，各方向偏移量、傾斜、沉降、擺動(dòng)等信息，實(shí)現(xiàn)超高層建筑的日常監(jiān)護(hù)及緊急情況下的預(yù)警。

3關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

1）開(kāi)發(fā)服務(wù)平臺(tái)和手機(jī)、平板等客戶服務(wù)端，通過(guò)微信、電話等方式實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，提高安全預(yù)警的時(shí)效性。

2）高頻多模GNSS高精度、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。相比現(xiàn)有采用靜態(tài)精密相對(duì)定位的GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)，本項(xiàng)目研發(fā)無(wú)參考瞬時(shí)速度精密確定技術(shù)，從而更加有利于對(duì)于突發(fā)型沉降及形變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警。而現(xiàn)有技術(shù)由某時(shí)間段內(nèi)累計(jì)位移推導(dǎo)平均速度，通常測(cè)量的時(shí)間段較長(zhǎng)，無(wú)法體現(xiàn)出瞬間的變化特性，不適用于對(duì)臨變型的監(jiān)測(cè)。

3）定速一高精度定位分段數(shù)據(jù)處理模式：即在GNSS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，先應(yīng)用單點(diǎn)實(shí)時(shí)定速技術(shù)進(jìn)行瞬時(shí)速度計(jì)算，定速精度在2mm/s以內(nèi)，以確定參考站點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)在數(shù)據(jù)時(shí)間段內(nèi)的穩(wěn)定性：然后在參考站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)都處于穩(wěn)定狀態(tài)下，應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間段的精密相對(duì)定位技術(shù)進(jìn)行毫米一亞毫米級(jí)精密位置估計(jì)，再計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移量和相對(duì)位移量。

4）選擇支持多模（BDS/GPS/GLONASS）的高精度衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，保證在城市、礦區(qū)、峽谷等常見(jiàn)環(huán)境中可觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)量和幾何圖形分布，相比既往部署的單GPS系統(tǒng)在定位精度、可靠性上會(huì)有很大的提高。

4布設(shè)方案

在浙江省諸暨市危房監(jiān)測(cè)一期項(xiàng)目中，已完成50棟房屋的200套終端安裝，同時(shí)在項(xiàng)目部樓頂布設(shè)5個(gè)固定基站。

總結(jié)：北斗高層建筑自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)及硬件傳感器和監(jiān)測(cè)終端，基于互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)通訊技術(shù)等，提供高層建筑運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案。同時(shí)可廣泛應(yīng)用于滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、礦山邊坡變形監(jiān)測(cè)、水庫(kù)大壩變形監(jiān)測(cè)、堤防渠道變形監(jiān)測(cè)、深基坑及周邊影響區(qū)變形監(jiān)測(cè)、高鐵橋梁及大型場(chǎng)館健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。endprint