GPS定位技術在變形監測中的運用

■張文斌，劉 放 ■江西省煤田地質局測繪大隊，江西 南昌 330001

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。

1 GPS變形監測綜述

GPS定位技術，是一種以衛星為基礎的無線電導航定位系統，其在經歷多年的技術研究和發展之后，已經廣泛運用各個行業和領域當中，為人們的生活質量的提高和經濟、軍事、建筑等各個領域的發展提供重要保障［1］。變形監測，則是工程建筑物管理建設中的重要內容，其通過對建筑地基、建筑外形的位移、沉降和傾斜等狀況的監測，實現數據的實時把控，以掌握建筑物的使用狀況。如建筑物的變形信息滿足一定的限度要求，則建筑物為正常變形，其使用的安全性較高;如建筑物的變性信息超出限定范圍，則其變形的可能性極大，在嚴重時會危及到建筑的穩定性和安全性，造成潛在危害［2］。

將GPS定位技術運用到變形監測當中，能夠通過三維坐標數據的實時監測，利用大地高進行數據比對，完成對建筑物變形的監測，且其數據采集和處理以及分析過程均為自動化，極大地促進了變形監測效率和質量的提高。

2 GPS定位技術在變形監測中的作用

2.1 實現全天候的觀測

與傳統的變形監測技術相比，GPS定位技術能夠不受時間和氣候的限制，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［3］。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。

2.2 實現點的三維位移同時測定

傳統變形監測方法下，平面位移和垂直位移的測量是分開和割裂的。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。

2.3 實現變形監測自動化

GPS定位技術運用到變形監測的一大優勢作用，就是其變形監測過程為自動化，無需人工實時手動操作。GPS變形監測能夠實現數據采集和處理、分析的自動化，且自動監測系統的運用，極大方便用戶進行實時監測。技術管理人員能夠通過控制中心對GPS接收機的面板信息進行實時掌控，及時了解相關狀況。此外，技術人員能夠對相關參數和數據進行修改，保證了其靈活性和準確性。自動化的實現，極大地降低了監測的成本。

2.4 利用大地高進行垂直變形測量

在變形監測所需的數據資料當中，正常高和正高是一些工程體系當中的必須數據。傳統的測量方法當中，主要通過高程異常圖或大地準面差距圖中獲取，或者利用地球重力場模型，通過測量分析獲得。然而，這些方法存在著精度較低、測量標準不恒定等問題［4］。利用GPS定位技術，能夠利用大地高進行直接測量，對于垂直變形數據的測量分析，精準度較高，且測量穩定性更高。在IGS精密星歷保證下，大地高系統的穩定性得到有效保證。

2.5 削弱監測系統的誤差

利用GPS定位技術完成變形監測的主要實現方法，是通過對兩期監測得出的坐標數據進行差異分析，以掌握其變形數據，進而掌握其變形情況。在變形監測當期，由于監測系統可能的系統誤差，如接收天線的定向誤差和對中誤差、整平誤差等，對于當期監測數據造成的準確性有一定影響。然而，最終需要的監測數據并不因監測當期數據的誤差而出現誤差。因此，兩期監測過程中系統造成數據誤差的存在并不會影響到最終結果。

3 GPS定位技術在變形監測應用中的發展趨勢

3.1 GPS定位技術存在的主要缺點

雖然GPS定位技術在變形監測當中的優勢十分明顯，對于變形監測數據的精準性和有效性有著十分積極的意義，然而，其在當前情況下，仍然存在著一定的缺點和不足。首先，在利用GPS進行變形監測時，其點位的選擇自由度往往較低。測站的周圍的障礙物應避免成片造成數據阻礙，且由于大型發電機和變壓器和微波信號發射臺能夠造成無線信號的影響，應保證一定的距離。其次，就整體觀測環境而言，觀測條件會因環境的影響導致監測數據出現誤差［5］。如大壩周邊環境的不同會造成大氣狀況的差異，導致數據精準度不高。此外，GPS定位涉及到十分復雜的函數關系，且誤差源較多，極易造成數據失準。

3.2 GPS定位技術應用于變形監測的發展方向

隨著GPS定位技術在變形監測當中的運用越來越普及，其未來的發展將成為必然要求和必然趨勢。基于當前其在變形監測當中存在的缺點和不足，未來的GPS變形監測將會更加穩定化和準確化，數據失準情況也會得到極大改善。由于當前的GPS變形監測面臨著干擾障礙較多、誤差源也較多等問題，未來的GPS變形監測將致力于實現干擾的有效排除，極大地提高變形監測的有效性。就目前的研究成果來看，一機多天線思想已經形成并成功應用于GPS變形監測系統的研發當中［6］。隨著其技術的不斷優化和完善，未來的GPS變形監測系統將更加穩定，其監測系統的穩定性和數據的精準性將得到進一步發展和提高。

4 結語

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。

［1］申小平，曹豪榮，唐錢龍.GPS定位技術在建筑物變形監測中的應用［J］.土工基礎，2012(02).

［2］張雷潭.淺析GPS定位技術在變形監測中的應用［J］.內蒙古科技與經濟，2010(04).