GPS技術在變形監測中的應用及發展趨勢

王邵陽

（凱里市城市規劃設計院　貴州　凱里　556000）

GPS技術在變形監測中的應用及發展趨勢

王邵陽

（凱里市城市規劃設計院貴州凱里556000）

作為一種全新的現代空間定位技術出現的全球定位系統（GPS），已逐漸在越來越多的領域中取代了常規光學和電子測量儀器。本文重點就變形監測領域的GPS技術應用及其發展趨勢進行了研究。

GPS技術；變形監測；應用趨勢

引言

自20世紀90年代以來，GPS衛星定位和導航技術與現代通信技術的結合，引起了空間定位技術方面的革命性變化，由動態擴展取代靜態，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事后處理擴展發展到即時定位與導航，陸地和近海的三維坐標都能利用GPS技術同時測定，其相對和絕對精度由米級擴展到厘米級甚至亞毫米級，從而使GPS的應用范圍得到了極大地擴展，這令在精度要求很高的變形監測領域中GPS的應用變得可能。

1　GPS觀測原理

1.1GPS觀測原理

首先，要了解GPS的原理，這樣在進行變形監測時，才能夠很好的做到監測數據的準確性，GPS主要有監測站、主控站、注入站等組成，在監測站中設置了雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、計算機和各種環境數據傳感器，對系統采集的測量信息進行分析和處理，主控站是GPS的核心部位具有監測站的全部功能，協調和管理地面監測系統，主控站依據監測站提供的數據信息進行推算變形數據以及提供改正的變形參數，并且將生成的數據反饋給注入站，進而推算監測站和GPS的反饋數據并將相關的監測數據反饋給導航電文，生成具體的監測數據和信息。

1.2GPS變形監測數據分析原理

對于GPS的變形監測的原理，應該進行簡單的分析，只有了解了GPS工作的原理才能很好的進行GPS的應用和管理。首先GPS通過通過監測站接受數據，然后數據通過主控站的數據分析后，由數據傳輸系統傳輸到軟件部分進行預處理、基線解算和平差。GPS數據采集是系統采集的觀測原始數據，這些原始數據能夠反映出具體的變形量和變形深度，并且通過變形數據的具體反映能夠知道基坑變形的具體位置，這樣能夠很好的進行加固處理，保證變形不為的安全。GPS數據傳輸到檢測系統由檢測系統對收集到的數據信息進行處理，反饋到主控站，最后主控站將數據信息進行分析和判斷，得到變形的具體數據，反饋到數據傳輸系統傳到計算機在計算機上進行預處理和基線解算。在GPS數據處理的整個過程都是建立了數據采集和管理系統，多數的GPS接受導數據都是采集的數據記錄在接收機的內存模塊上，然后將檢測的結果記錄到相關的記錄系統最后形成具體的變形數量和深度以及相關變形的具體位置，以便進行修復。

2　GPS技術在建筑物監測中的優勢分析

變形監測網的布設十分自由、方便，可省去大量中間信息傳遞過渡點的原因是GPS定位時測站之間不需要保持通視，這樣就節省了大量布設監測站點的費用。GPS技術在建筑物監測中具有五個方面的主要優勢：①GPS技術自動化程度高，能夠自動采集數據。數據接收機本身可自動跟蹤并鎖定衛星信號，有效的降低了長期監測工程的監測成本，提高了變形監測的效率。②GPS技術能夠全天候不間斷的工作，不受天氣等自然條件的影響，對變形監測的持續性十分有利。③觀測站間無需通視，只要上空實業開闊即可，設定觀測網點十分自由靈活，不再收到傳統觀測方式的限制，對節省成本效果顯著。④GPS技術測量速度迅速，且精確度高，能同時獲得觀測點的三維坐標。在精確測定平面位置的同時，可以獲得精確的大地高，保證了觀測點的時空一致性。⑤GPS測定的大地高可以直接運用于垂直變形測量，它獲得的大地高在變形監測工程中能夠保持較高的精度，避免了傳統工程測量中精度損失情形的出現。

3　GPS技術在建筑物變形檢測中的運用

本文以一座塔身高288m的電視塔為例，該電視塔以鋼筋混凝土為主要結構，監測電視塔的中心線的垂直高度，以及塔身扭轉程度，以確保電視塔的安全施工和驗證其工程設計的合理性。

3.1GPS監測

依據國家《工程測量規范》和《建筑變形測量規范》都是建筑物變形監測的科學依據。電視塔設計單位和施工單位共同確定電視塔的傾斜檢測技術方案。電視塔的垂直度要求精度較高，其允許偏差不超過70mm，而允許測量誤差不超過23mm。為了確保變形監測的可靠性和完備性，一般采用GPS靜態定位監測的方法。

3.2變形監測控制網建立

在建立監測控制網點的過程中，為了滿足電視塔垂直度和塔體扭轉等項目的監測需要，需要確保控制網的精度處于較高的水平，一般應不低于變形監測的二級精度標準。為了保證觀測基點的穩定性，需要在確定的過程中，反復的比較，將基點設立在結構較好的永久性建筑上。若是一次無法確定所有的基準點，可分期確定，一般基準點數量在五個左右，離塔心的平均距離在300m左右。控制網點應采用鋼筋混凝土觀測墩，并在地底埋設高精度的強制對中基座。

3.3GPS測量基礎軸線的方法與過程

一般情況下，當GPS監測網建立完畢之后，電視塔的施工將會到了一定的階段。這個時候，在采集塔心的坐標和8條軸線控制樁的坐標及方向時，將需要根據計算獲得。為了確保相關數據的精確度，可采用GPS技術對施工單位最初的8個軸線點（也稱內側點）進行精確的測量，再與基準網進行聯合測量，將8個軸線控制點的坐標納入監測體系的獨立坐標系中。當塔身在施工中逐步升高時，8個內側點距離塔體太近，給軸線觀測帶來了較大的難度，所以，需要延長。新設的8個軸線控制點稱為外側點，此時，對外側點進行精密的觀測，將觀測的數據進行計算，即可獲得塔心的坐標和軸線的方位角。這也是電視塔軸線垂直度的標準基準點和塔體扭轉分析基準線。

3.4電視塔GPS變形監測的結果分析

GPS技術是以衛星遙感技術為基礎，進行精確測量的過程。電視塔變形監測根據要求，并結合實際施工現狀，在不同的高度進行靜態觀測。該電視塔高度為288m，在200m的高度進行實時監測，其X方向和Y方向的偏差分別為0.005和0.003，偏差值為0.0058，在允許偏差值不超過0.1的范圍之內。

4　GPS變形監測技術的發展趨勢

4.1建立GPS變形控存線實時分析系統

研究建立GPS變形監控在線實時分析系統，對大型橋梁、水電站、高層建筑物以及滑坡、泥石流、雪崩等地質災害多發地區進行變形監測依然成為一個重大的發展趨勢。這種由數據采集，數據傳輸和數據處理等幾個重要部分組成的系統，可以及時處理變形檢測器測得的監測數據，從而對變形的現狀和發展趨勢進行有效地分析，為災害發生的可能性分析與預報提供科學依據。

4.2建立“3S”集成變形監測系統

所謂“3S”集成變形監測系統，就是GPS、GIS以及RS三種系統集成的變形監測體系。“3S”技術集成可為分析、研究包括變形信息在內的各種災變信息之間的相互關系提供技術支撐。特別是時態GIS技術的應用，除了具備一般GIS的功能之外，它不僅可以明確地表述四維空間的地質現象，還能記載監測區域地質現象隨時間變化的演變過程，這對于泥石流等地質災害的監測預報具有重要意義。因此“3S”集成變形監測系統的發展也是完善變形監測工作進行的一大趨勢。

4.3建立GPS與其他變形監測技術相結合的集成系統

將GPS與其他變形監測技術（如攝影測量技術、特殊變形檢測技術等）結合形成綜合變形監測系統，有利于克服單一利用GPS技術的不足和局限性，實現不同技術之間的優勢互補，擴展GPS變形監測技術的應用范圍。GPS等空間等空間測地技術的集成組合應用于大范圍、整體性的地殼運動監測，將會大大提高空間域對于地殼形變觀測的控制能力及分析能力。這會成為GPS等空間測地技術運用于大型工程監測帶來新的機遇，對高精度變形監測技術的研究產生強大的推動作用。

5　結束語

在現代科學技術的不斷進步的情況下，GPS技術的其他領域的應用應該很快就會得以實現，對于GPS在變形監測中的相關應用是檢測技術發展到今天的必然結果，現在在進行深基坑開挖以及基坑周邊建筑物的變形監測都是用的比較先進的GPS技術，這種技術的特點符合目前需要，需要成本的控制以及監測的精準度。GPS檢測技術的發展也是我國經濟發展的結果，對于GPS技術的應用也是檢測技術發展的一個具體體現，在今后的發展過程中GPS技術一定會更上一層樓，對于應用過程出現的缺點，我們應該及時的發現及時進行研究，找到GPS技術的關鍵環節進行逐步的研究，使得我國的GPS技術能夠達到世界水準，我國的監控技術也能夠與世界接軌，GPS技術能夠在更加廣闊的領域得到應用和發展。

[1]朱懷汝，李為民.GPS在巨型塑像變形監測中的應用——以炎黃二帝塑像為例[J].創新科技，2013.

[2]肖鸞，胡友健，王曉華.GPS技術在變形監測中的應用綜述[J].工程地球物理學報，2005.

P258

A

1673-0038（2015）32-0280-02

2015-7-12

王邵陽（1978-），男，苗族，貴州凱里人，工程師，大專，主要從事工程測量方面的工作。