GPS技術(shù)在基坑位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王建強(qiáng)

青海煤炭地質(zhì)局測(cè)繪工程院，青海西寧 810007

GPS技術(shù)在基坑位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王建強(qiáng)

青海煤炭地質(zhì)局測(cè)繪工程院，青海西寧 810007

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)基坑位移監(jiān)測(cè)的要求不斷提高，GPS以其精度高、全天候、速度快、自動(dòng)化和測(cè)站間無(wú)需通視等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民建設(shè)中的各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要探討了GPS技術(shù)在基坑位移變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，結(jié)果表明GPS技術(shù)在基坑位移監(jiān)測(cè)中獲得了穩(wěn)定和可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這對(duì)預(yù)警建筑工程是否安全具有很重要的意義。

GPS技術(shù)；位移監(jiān)測(cè)；精度；基坑

隨著現(xiàn)代城市建設(shè)規(guī)模的快速發(fā)展，在城市修建高層建筑、地鐵和地下車庫(kù)時(shí)，需要進(jìn)行大規(guī)模的基坑開(kāi)挖。由于施工中的影響因素比較多且不可預(yù)測(cè)，這就有可能造成基坑開(kāi)挖及施工過(guò)程中，邊坡土體發(fā)生較大形變，進(jìn)而引發(fā)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及邊坡坍塌等事故。因此，在基坑施工過(guò)程中，以信息化施工技術(shù)為依托，通過(guò)對(duì)基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來(lái)及時(shí)判斷和掌握基坑變形情況來(lái)進(jìn)行預(yù)警與預(yù)防是可行和必不可少的安全措施[1]。但是要對(duì)基坑監(jiān)測(cè)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)防，就需要采用高精度、自動(dòng)化程度高和高效益的形變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而GPS技術(shù)是一種可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化測(cè)量的高精度的形變監(jiān)測(cè)技術(shù)。GPS的全稱是全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），擁有全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航和定位功能的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。由于GPS技術(shù)具有全時(shí)域、速度快、精度高、站點(diǎn)通視性強(qiáng)和可同時(shí)測(cè)定三維坐標(biāo)等諸多優(yōu)點(diǎn)，GPS技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，尤其是在基坑變形監(jiān)測(cè)、橋梁健康監(jiān)測(cè)、大壩安全監(jiān)測(cè)和地殼變形及板塊運(yùn)動(dòng)等方面得到了廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了重要的作用[2]。本文在分析比較GPS技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，對(duì)GPS技術(shù)在基坑水平位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，得出了一些較為實(shí)用的結(jié)論。

1 GPS技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較

工程上的基坑位移測(cè)量一般屬于是變形監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)與其它測(cè)量項(xiàng)目的不同之處就在于是否重復(fù)觀測(cè)，變形監(jiān)測(cè)是能根據(jù)重復(fù)觀測(cè)成果的差別來(lái)分析出被監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形信息進(jìn)而進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的。目前工程上常用的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)有大地測(cè)量和GPS技術(shù)兩種。GPS技術(shù)使用的儀器設(shè)備是GPS接收機(jī)。大地測(cè)量法使用的儀器設(shè)備主要有：水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀和全站儀等。大地測(cè)量法是一種成熟的變形監(jiān)測(cè)手段，其主要特征是可以利用傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，理論和方法比較成熟，測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，觀測(cè)成本相對(duì)較低。GPS技術(shù)是一種新興的監(jiān)測(cè)手段，其具有快速、精度高、自動(dòng)化和全天候等特點(diǎn)。兩種方法的具體對(duì)比情況見(jiàn)表1。

由表1可以看出，GPS技術(shù)將是今后工程變形測(cè)量發(fā)展的必然趨勢(shì)，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間定位技術(shù)及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步與相互結(jié)合，GPS技術(shù)的連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度和自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)將得到進(jìn)一度發(fā)展和完善，會(huì)大大提升變形監(jiān)測(cè)效率和精度的。

2 GPS技術(shù)在基坑位移監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

基坑施工過(guò)程中，由于會(huì)受到內(nèi)外土體的壓力，坑體往往會(huì)產(chǎn)生一定的變形和位移，為了確保安全，對(duì)基坑進(jìn)行綜合、實(shí)時(shí)、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)是很有必要的。利用GPS技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)基坑的位移，我們可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果和理論預(yù)測(cè)值，對(duì)基坑施工進(jìn)行指導(dǎo)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，這對(duì)基坑安全施工具有很重要的意義[3]。

2.1GPS基坑監(jiān)測(cè)基本步驟

首先要確定GPS監(jiān)測(cè)布網(wǎng)形式及GPS基站和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)情況；然后是GPS觀測(cè)方法及周期的選擇，最后是GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析。具體到基坑監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，就是利用GPS技術(shù)進(jìn)行相對(duì)定位，獲取基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，通過(guò)分析研究建立基坑位移動(dòng)態(tài)模型，并以GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維速率和三維位置為參數(shù)來(lái)建立卡爾曼濾波模型，這些模型的應(yīng)用，可以提高分析數(shù)據(jù)的精度，可以實(shí)現(xiàn)基坑位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理、處理、查詢、分析和預(yù)測(cè)，這也意味著基坑整個(gè)施工的位移情況均可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，這樣就大大提高了基坑施工的安全系數(shù)。

表1　GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)與大地測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比表

2.2GPS數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用

GPS數(shù)據(jù)處理方法根據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生方式的不同分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩種。靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的區(qū)別在于GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)在工作時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)還是變化狀態(tài)，靜止?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是靜態(tài)數(shù)據(jù)，變化狀態(tài)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)處理方法一般是獲得基線向量后要分析評(píng)價(jià)觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度是否符合要求，符合要求的話獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，再根據(jù)不同期監(jiān)測(cè)到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)差值就是需要的位移量。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理方法其實(shí)就是一種利用狀態(tài)方程和觀測(cè)方程來(lái)描述動(dòng)態(tài)方程及狀態(tài)觀測(cè)信息并最優(yōu)估計(jì)狀態(tài)參數(shù)的方法。這種方法對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)要求較高，會(huì)出現(xiàn)濾波失真和濾波發(fā)散的情況，所以克服觀測(cè)粗差對(duì)濾波結(jié)果的影響，是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理保證基坑位移分析結(jié)果正確性和精度的一大保證。

GPS技術(shù)進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)工作雖然具有不可比擬的優(yōu)越性，但也存在一定的缺陷和局限性，主要有兩個(gè)方面：

1）變形監(jiān)測(cè)條件不理想。工程變形監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)環(huán)境通常都比較差，容易被旁邊的大樓遮擋衛(wèi)星信號(hào)，且點(diǎn)位選擇的自由度比較低。

2）垂向位移監(jiān)測(cè)精度不夠。GPS監(jiān)測(cè)垂向垂向分量一般都存在較高的噪聲和干擾[4，5]，其觀測(cè)精度因此比較低，在高精度的變形監(jiān)測(cè)中，利用GPS不容易測(cè)定監(jiān)測(cè)體的水平位移和垂直位移。

3 結(jié)論

GPS 技術(shù)以其實(shí)時(shí)、全天候、精度高、自動(dòng)化觀測(cè)程度高和不受通視條件限制等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)工程變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用提供了高質(zhì)量的保證，實(shí)踐證明，GPS技術(shù)在基坑位移變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用是一種值得采用的有效手段，GPS技術(shù)可以提供高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為預(yù)警預(yù)測(cè)分析起到有效且準(zhǔn)確的作用，這對(duì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法的不足有重要意義。隨著我國(guó)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的投入使用與完善，GPS技術(shù)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中還會(huì)日益得到廣泛的應(yīng)用。

[1]蘇建鋒，張東濤.天津某深基坑現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].施工技術(shù)，2015（S2）.

[2]胡龍偉，張英杰，張洪源，等.快速靜態(tài)GPS基坑水平位移安全性監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].施工技術(shù)，2014，43（16）：56-58.

[3]徐偉聲.GPS在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，27（1）：110-111.

[4]蘇建鋒，薄萬(wàn)舉.高噪聲背景下GNSS垂向分量應(yīng)用探討[J].地震，2016，36（1）：106-116.

[5]楊冬梅，楊永.GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技傳播，2011（8）：115-117.

P228.4

A

1674-6708（2016）171-0137-01

王建強(qiáng)，工程師，青海煤炭地質(zhì)局測(cè)繪工程院。