關(guān)于GPS空間定位在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李川寧 馬霄鵬

【摘 要】當(dāng)前，隨著科技的進(jìn)步和工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，工程測(cè)量技術(shù)在基礎(chǔ)服務(wù)中發(fā)揮著重要的作用。與此同時(shí)，為了滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)于工民建筑項(xiàng)目個(gè)性化、多功能需求及地標(biāo)引領(lǐng)性的要求，在城市化進(jìn)程日益加快、充分利用地表上下空間的大？？背景之下，要求相關(guān)人員不斷創(chuàng)新測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用方法、新設(shè)備的應(yīng)用和理論。論文對(duì)GPS技術(shù)在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以供相關(guān)專業(yè)人士參考和借鑒。

【Abstract】At present， with the progress of science and technology and the development of engineering construction industry， engineering surveying technology plays an important role in basic services. At the same time， in order to meet the needs of the current society for the individualization， multi-function and landmark guidance of the construction project of industrial and civil buildings， in the context of the increasingly accelerated urbanization process and the full use of the space above and below the surface， relevant personnel are required to continuously innovate the application method of surveying technology， the application and theory of new equipment. This paper discusses the application of GPS technology in the deformation monitoring of high-rise buildings， so as to provide reference for professionals.

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

【Keywords】GPS; high-rise buildings; deformation monitoring; application

【中圖分類號(hào)】P228 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）12-0190-03

1 引言

高層建筑項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模與日俱增，在對(duì)其變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過程當(dāng)中，需要加強(qiáng)對(duì)GPS技術(shù)的運(yùn)用，該技術(shù)不僅可以在土地滑坡、風(fēng)電場(chǎng)、航空攝影、超大堆積體儲(chǔ)量計(jì)算、車輛導(dǎo)航、線路勘測(cè)定位等方面起到實(shí)際作用，在城市工程項(xiàng)目測(cè)量過程當(dāng)中，特別是在變形測(cè)量工作開展的過程中，合理應(yīng)用GPS技術(shù)能夠獲取相應(yīng)科學(xué)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。GPS技術(shù)除了具有高、精、準(zhǔn)、快、活的特點(diǎn)之外，還具有智能化特點(diǎn)，能夠滿足我國(guó)建筑工程項(xiàng)目施工質(zhì)量和施工水平升級(jí)之需，切實(shí)保障建筑工程項(xiàng)目的順利開展和實(shí)施。

2 GPS技術(shù)概述

目前，高層建筑已成為城市建筑當(dāng)中的重要角色，針對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行分析，項(xiàng)目需要加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)工作，然而由于其本身結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，這樣就給工作人員開展變形監(jiān)測(cè)工作造成了一定的困難，監(jiān)測(cè)工作開展和實(shí)施的過程當(dāng)中需要強(qiáng)化對(duì)高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用。在某些方面逐步替代我國(guó)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，就測(cè)量地基沉降而言，雖然可以通過等級(jí)水準(zhǔn)、精密測(cè)角導(dǎo)線的幾何方式進(jìn)行測(cè)量，但常受通視條件、測(cè)量工作點(diǎn)遭到損毀、工作面內(nèi)交叉作業(yè)、施工環(huán)境的局限性等因素的影響，工作效率和有效工作量大幅降低。針對(duì)當(dāng)前高層建筑實(shí)際情況進(jìn)行分析，變形監(jiān)測(cè)工作相對(duì)復(fù)雜煩瑣。在實(shí)際工作的過程當(dāng)中，測(cè)量?jī)x器操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度偏大，應(yīng)用傳統(tǒng)方式難以切實(shí)保障自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的理想目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。在高層建筑變形監(jiān)測(cè)工作中大力推動(dòng)GPS技術(shù)的使用，可以針對(duì)水平位移情況進(jìn)行全面觀測(cè)，可以獲得誤差小于2mm的精確數(shù)據(jù)，若在高層建筑變形監(jiān)測(cè)工作中結(jié)合其他新方法進(jìn)行應(yīng)用，可對(duì)于高層建筑的工期、成本、質(zhì)量安全有效控制，具有重大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

GPS技術(shù)也被稱為全球定位系統(tǒng)。對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)量方式進(jìn)行分析，測(cè)量體系當(dāng)中的控制部分起主導(dǎo)作用，其能否全過程應(yīng)用，是否可以減輕外業(yè)工作負(fù)荷是廣大技術(shù)人員的探索目的。GPS技術(shù)主要包括常規(guī)大地測(cè)量法以及物理學(xué)傳感器的方法，其中，傳感器法能夠針對(duì)于局部變形情況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方位具有一定的局限性。對(duì)于大地測(cè)量方式來說，要實(shí)現(xiàn)大面積大范圍的測(cè)控，可配合傾斜攝影測(cè)量、高分遙感等技術(shù)完成云數(shù)據(jù)采集信息后的處理工作。目前，GPS技術(shù)的平面定位能力較強(qiáng)，對(duì)測(cè)區(qū)控制效果明顯，同時(shí)，具有較高精確度，可以全天候測(cè)量以及不受視線限制，得到了極為廣泛的運(yùn)用，但針對(duì)高程測(cè)量還需進(jìn)行水準(zhǔn)面精化，異常改正后的大地測(cè)量法可應(yīng)用在工程測(cè)量當(dāng)中，就其改正方法和適用條件而言，需具體情況具體分析。GPS技術(shù)和傳統(tǒng)建筑變形測(cè)量技術(shù)相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。首先，GPS技術(shù)操作較為便捷，不需要大量人力進(jìn)行操作;其次，測(cè)量時(shí)間較短，可以幾個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，能夠顯著縮減測(cè)量的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全目標(biāo)方位覆蓋，同時(shí)，可跨越線路障礙、降低作業(yè)施工風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省成本;最后，測(cè)量的過程當(dāng)中，不會(huì)受外界環(huán)境及天氣狀況的影響和限制，保障了測(cè)量工作順利開展實(shí)施。當(dāng)前，在國(guó)土資源調(diào)查、時(shí)空建模、數(shù)字框架建立、智能化運(yùn)行當(dāng)中GPS技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

3 GPS技術(shù)的監(jiān)測(cè)模式

3.1 周期性監(jiān)測(cè)模式

在變形監(jiān)測(cè)的過程當(dāng)中應(yīng)用GPS技術(shù)是一種效果較好的方式，若是需要采用GPS靜態(tài)定位方法對(duì)建筑物進(jìn)行測(cè)量，通?？梢栽诠潭ㄓ^測(cè)點(diǎn)放置兩臺(tái)以上的GPS接收器，這樣可以實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)，工作人員采用這樣的方式可以對(duì)于數(shù)據(jù)采集平面精度要求較高的地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，有利于提高高程改正值的確定精度，值得推廣和應(yīng)用。

3.2 連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式

連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式主要就是相關(guān)作業(yè)人員采用監(jiān)測(cè)儀器針對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，這樣可以充分了解高層建筑物的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)的過程當(dāng)中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往都是連續(xù)不斷的。在不同的時(shí)間段，分辨率要求也是相對(duì)比較高的，由于受到了連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式的影響，通過采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位以及靜態(tài)相對(duì)定位的方式針對(duì)高層建筑物開展變形監(jiān)測(cè)工作，精度較高，誤差小于1mm。

4 GPS技術(shù)在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

4.1 自動(dòng)化水平高

應(yīng)用GPS技術(shù)對(duì)高層建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)僅需要一名作業(yè)人員，在測(cè)量作業(yè)站當(dāng)中安裝天線，連接電源，啟動(dòng)接收機(jī)就可以開始工作。變形監(jiān)測(cè)工作完成之后，相關(guān)的工作人員要關(guān)閉電源，并且回收接收機(jī)即可，同時(shí)，可以快速針對(duì)于變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效地采集、儲(chǔ)存處理，為快速生成圖形創(chuàng)造條件。參見案例一、三。

4.2 誤差傳播可控性高，精度要求滿意度高（同等級(jí)別）

根據(jù)建筑物的基坑等級(jí)和主體總高，針對(duì)當(dāng)前高層建筑軸線距離以及接收機(jī)距離間隔進(jìn)行分析，若距離小于15km，精度可以達(dá)到毫米級(jí)別。5km布設(shè)四點(diǎn)聯(lián)測(cè)樓體基準(zhǔn)線端點(diǎn)，逐層觀測(cè)、解算、校正。據(jù)雙頻機(jī)的標(biāo)稱精度進(jìn)行選擇，基線向量最高可控制到3-5×ppm內(nèi)，針對(duì)于變形監(jiān)測(cè)工作人員而言，可以采取科學(xué)合理的觀測(cè)方法以及運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件，這樣可以促使變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度達(dá)到2mm級(jí)別，切實(shí)保障監(jiān)測(cè)的有效性和監(jiān)測(cè)的精度。參見案例二、三。

4.3 觀測(cè)系統(tǒng)（采集）復(fù)位迅速，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（后處理）修復(fù)功能強(qiáng)大

針對(duì)高層建筑開展變形監(jiān)測(cè)工作的過程當(dāng)中，通過采用GPS技術(shù)能夠有效地控制誤差，相關(guān)的作業(yè)人員在實(shí)際測(cè)量過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)切實(shí)保障天線始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，在這樣的情況下接收器接收數(shù)據(jù)的誤差極小，對(duì)于大面積同精度觀測(cè)，誤差傳播量級(jí)減緩且離散性分布趨于均勻化。參見案例三。

4.4 GPS測(cè)量步驟，施測(cè)效果對(duì)比表格，高層變形測(cè)量三維要素圖

案例一，1：5萬重力。因在大面積丘嶺地區(qū)進(jìn)行物探勘測(cè)（導(dǎo)線、水準(zhǔn)測(cè)量）困難。首次應(yīng)用GPS靜態(tài)＼RTK方法代替四等水準(zhǔn)、經(jīng)緯儀導(dǎo)線測(cè)量方式，采集物理工作點(diǎn)三維坐標(biāo)。

案例二，農(nóng)村土地確權(quán)。因云層掩蓋和精度要求，確權(quán)調(diào)查放棄衛(wèi)片使用。及時(shí)采取1：2000航攝影，使用RTK方法進(jìn)行航片像控點(diǎn)外業(yè)測(cè)量，室內(nèi)“空三加密”解算，完成正射影像（DOM）圖。

案例三，萬豪大廈。因基準(zhǔn)線報(bào)廢（擾動(dòng)）、工作基點(diǎn)不通視（場(chǎng)地封閉）、垂準(zhǔn)線洞口不可用（被堆載物遮蓋），地上50m處停工。大膽設(shè)計(jì)、精心施測(cè)，應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行基線復(fù)位、基點(diǎn)上移、標(biāo)高面精確傳導(dǎo)，直到216m處主體封頂，解決施工測(cè)量難題后，受到甲方認(rèn)可和同行業(yè)肯定。

4.5 應(yīng)用前景廣

對(duì)某地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害已發(fā)生或未發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)具有時(shí)效性和預(yù)判性，相對(duì)宏觀平面控制點(diǎn)、微觀物理點(diǎn)在三維控制方面具有可控性和重復(fù)觀測(cè)性特點(diǎn)，便于確立深遠(yuǎn)部探測(cè)的信息回饋路徑，完善局部的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的可追朔方式，定量分析，協(xié)助進(jìn)行物理“靶點(diǎn)”的分布規(guī)律和性質(zhì)的判定。在理論研究方面，準(zhǔn)確定位布設(shè)精密測(cè)量，更方便對(duì)移動(dòng)變化物體的數(shù)量和走勢(shì)進(jìn)行判斷，為基礎(chǔ)學(xué)科研究中偏離基礎(chǔ)點(diǎn)、線、面的位移量的測(cè)量提供科學(xué)依據(jù)。積極倡導(dǎo)“三新”、應(yīng)用“三S”，借助北斗超低延遲、機(jī)械遠(yuǎn)程把控功能，介入高分、遙感測(cè)繪平臺(tái)，融合各種觀測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備通道兼容互換互聯(lián)，依托制造業(yè)發(fā)展帶動(dòng)相關(guān)儀器裝備更新?lián)Q代，推進(jìn)整裝開發(fā)科研項(xiàng)目，提高地球資源利用率，實(shí)現(xiàn)并完成：一張圖、一張網(wǎng)、全覆蓋的愿景。伴隨“5G”時(shí)代的到來，科學(xué)技術(shù)在人類命運(yùn)共同體的大環(huán)境中高速發(fā)展，GPS測(cè)量是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力解放并建立共享機(jī)制的手段之一，起到重要的紐帶作用。

GPS技術(shù)的應(yīng)用精度較高，誤差極小，在全球范圍內(nèi)GPS技術(shù)得到了極為廣泛的運(yùn)用。在高層建筑變形監(jiān)測(cè)工作的過程當(dāng)中，利用GPS技術(shù)能夠促使變形監(jiān)測(cè)工作強(qiáng)度降低，縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間，使優(yōu)化技術(shù)方案和改善技術(shù)線路得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，提高了監(jiān)測(cè)的水平和效率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)斗衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射數(shù)量增加、組網(wǎng)精度提升，以及當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目的使用功能日益加強(qiáng)，城市化進(jìn)程日益加快，城市高層建筑數(shù)量與日俱增。為了切實(shí)保障高層建筑的整體質(zhì)量水平，技術(shù)人員需要強(qiáng)化對(duì)變形監(jiān)測(cè)工作的創(chuàng)新性研究，充分應(yīng)用GPS技術(shù)是時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，工作過程當(dāng)中應(yīng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，保留原創(chuàng)性理論，運(yùn)用GPS技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)（傳統(tǒng)的測(cè)量工具不僅適應(yīng)度偏低，而且工作效率較為低下，同時(shí)，應(yīng)用成本較高），在拓展測(cè)量模型兼容性、碎片化信息數(shù)據(jù)處理、測(cè)量觀測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)和修復(fù)、現(xiàn)狀產(chǎn)生過程的反演，以及事物發(fā)展機(jī)理的預(yù)判和決策、結(jié)論成果的驗(yàn)證復(fù)核、全過程“長(zhǎng)觀”監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面工作的開展過程中，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用、共享測(cè)繪成果，為一張網(wǎng)、一張圖的數(shù)據(jù)信息積累和二次開發(fā)利用進(jìn)行持續(xù)探索，應(yīng)用專業(yè)技術(shù)人員的智慧服務(wù)于社會(huì)，GPS技術(shù)的應(yīng)用值得深入實(shí)踐和理論研究。