GPS技術在建筑物變形監測中的應用研究

摘 要：GPS監測技術在實際運用中，站點間無需通視，可同時檢測多個觀測點的三維坐標，且具有快速、全天候和高度自動化的特征，在工程測繪領域運用及其廣泛。當前，高層建筑大批量拔起，GPS 技術在監測建筑物的變形監測中起到了重要的作用。本文通過對GPS技術在建筑物變形監測中的應用研究，以期更好的推進我國建筑物的變形監測工作的發展。

關鍵詞：GPS技術；建筑物；變形監測；應用；

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

前言：變形監測是建筑工程當中常用的技術內容，其能夠通過對建筑物的地基沉降情況和建筑位移、傾斜變形程度的監測，了解建筑的狀況信息，以便及時采取有效辦法，避免建筑安全問題導致災難性危害的發生。傳統的變形監測技術多利用測量設備進行人工監測，其實效性和準確性、精確性不高，且在面臨復雜地形條件時，難度較大，無法保證工作的效率和質量。隨著 GPS 定位技術的不斷發展，其利用自身的主要優勢，實現了變形監測的自動化和精確性，使得建筑工程和大型基礎建設的安全性得到極大保障， 其未來發展前景巨大。

一、GPS 觀測原理

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） ，己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。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。

二、變形監測信息處理方法

采用 GPS 系統進行變形監測過程中， 監測信息是反映監測物變形程度的最有效、 可靠的數據參考。這就需要對 GPS 系統變形監測網監測的數據進行處理。在進行監測之前，應制定監測數據網數據處理方案。在進行數據處理方案的制定過程中選擇監測數據網平差和變形分析方法等工作尤為重要。

監測網平差和變形分析方法的基本思路上仍然是在前人的基礎上，區別在于處理的方式上要復雜一些，在具體的監測過程中，根據加測模式的不同和監測對象的不同有選擇性地選取適合本工作的數據處理方法，主要有靜態數據處理方法、 單歷元結算方法、動態卡爾曼濾波方法、譜分析方法、神經網絡方法、小波變化方法等。

三、GPS 在變形監測中的特點

GPS 技術在變形監測中的應用是測量技術和監控技術的一次相對比較重要的發展和技術進步，GPS的精準度比傳統的檢測技術的精度高三倍。GPS 檢測站不需要通視就可以進行有效的檢測，傳統的檢測技術需要監測點之間的通視才可以進行，無需通視就是 GPS 檢測技術的不可多得的技術特點，GPS的這個技術特點使得檢測的范圍變得更加的廣泛。GPS 檢測的結果比較精準，可以全天候的檢測，操作簡便，易于實現監測自動化、勞動量小、速度快。GPS 檢測可同時提供監測點的三維位移信息。在運用傳統方法進行變形監測時，平面位移和垂直位移是采用不同方法分別進行監測，這樣不僅監測的周期長、工作量大，而且監測的時間和點位也垂直于位移測量。

四、GPS技術在建筑物變形檢測中的運用

（一）實現全天候的觀測。GPS 定位技術的實現主要依托于衛星技術，通過無線電進行實時溝通，其受到氣候影響極小。同時，針對雷電天氣，只要在變形監測系統上進行防雷電設施的配備和安裝，就能有效避免雷電天氣的影響。這一巨大優勢和作用，能夠確保其變形監測數據的完整性和準確性。同時，就抗洪和泥石流等地質災害的應用來講，其優勢所在十分顯著。

（二）實現點的三維位移同時測定。平面位移的測量主要依靠方向交會和距離交會、 全站儀坐標法等進行測定， 垂直位移則主要利用傾斜儀、液體靜力水準測量和精密水準測量等技術完成。兩種位移分開，導致位移測量的工作量加大，造成成本和難度的增加。同時，水平位移和垂直位移監測分開，導致監測時間和點位不統一，造成變形分析的準確性和難度加大。GPS 變形監測則利用三維位移完成了所有測定內容。

（三）實現監測的自動化 。GPS檢測系統可以輕易實現從數據采集、傳輸、處理、分析、報警到入庫的全自動化。因為GPS接收機可以自動進行數據采集工作，用戶可以在變形監測站無人值守時把GPS變形監測系統建成無人值守的自動監測系統。而GPS接收機所收集的信息會自動傳輸到控制中心，同時也能夠在控制中心更改數據采樣率、監測時長及監測截止高度角等。這極大地節省了變形觀測的經費，避免人力資源的浪費。

（四）可消除或削弱系統誤差的影響。在兩期變形監測中所求得的變形監測點的坐標差使我們在變形監測中最為關注的數據， 而變形監測點本身的坐標卻并不重要。雖然兩期變形監測中所含的共同的系統誤差會對兩期的坐標值造成影響，但卻不會影響所求得的變形量。 GPS變形監測網中的起始坐標的誤差，數據處理中所用的定位軟件本身的不完善以及衛星信號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，變形監測作為建筑行業和基礎建設當中的重要技術內容，其對于建筑物安全和國家基礎建設、地質安全保障等有著重要意義。隨著GPS 定位技術在變形監測中的不斷應用和普及，變形監測的有效性和準確性將不斷提高。然而，從當前的應用狀況來看，GPS 定位監測系統的專業性仍較強，未能實現大規模普及和運用。為此，國家應加強對該技術的普及化研究， 并解決當前面臨的技術缺點和不足， 才能為 GPS 變形監測技術的進一步發展和普及提供重要保障。

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