GPS技术在建筑变形监测中的应用

GPS技术在建筑变形监测中的应用

覃旋华

南宁市勘察测绘地理信息院广西南宁530022

摘要：随着建筑的增多，变形监测工作也变得越来越重要，科技的发展，GPS技术因为具有全天候、效率高、高精度等优点，逐渐取代传统监测，成为监测变形的重要方式，文章就GPS技术在建筑变形监测中的相关问题技术就行简要分析。

关键词：GPS；变形监测；建筑变形

1.GPS变形监测技术分析

1.1GPS变形监测模式

GPS用于变形监测的作业模式可概括为周期性和连续性两种。当变形体的变形速率相当缓慢，在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时，可利用GPS进行周期性变形监测，监测频率视具体情况可为数月、一年或甚至更长时间。连续性变形监测采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。

周期性监测模式一般采用静态相对定位测量方法。连续性监测模式，适用于对自动化要求高，数据采集周期短的监测项目，在数据处理方法上，可选择静态相对定位和动态相对定位两种方法。在一些高层建筑物等工程的动态监测中，可运用GPS连续监测模式。该模式实现24小时的连续观测，使监测、监控、决策实现远距离控制，但该模式要求GPS接受设备必须永久固定在变形点上成本较高。为解决连续性监测模式高成本问题，研究低成本的GPS一机多天线在线实时监测分析是很有实际意义的，利用若干GPS天线和具有若干通道的微波开关，相应的微波开关控制电路及1台GPS接收机组成一机多天线系统。

1.2GPS技术变形监测的方法

将GPS技术应用于变形监测中，其测量方法主要有静态测量、快速测量和动态测量等三种方式，现主要对其中的两种方式作基本阐述。快速静态测量方法是对监测点进行监测的有效测量方式，其应用的基本原理是将2台GPS接收机安装于基准点上，完成固定连续监测工作，再由另外几台接收机在监测点上进行移动监测，并合理控制观测时间，对检测数据进行后续处理，结算出各监测点的三维坐标，提高计算的精准度。高层建筑物变形检测中的动态测量方法是将3台以上的接收机同时放置在观测点上，完成一段时间内的同步观测，综合应用连接方式来构建完整的网络，通过计算机软件完成相关基线的计算等，并且计算出观测点的坐标。这样的测量方式具有高精度定位的特点，而且它比较适用于长边的监测中。动态测量法有准动态测量和实时动态测量两种，前者是在基准站安置1个GPS接收机来实现连续的观测，并通过无线电设备将数据传输到两外的接收机上，实现对观测数据的接收和分析等。这在很大程度上提高了高层变形监测的准确性和有效性，为变形预防系统的建立和预防措施的完善提供了重要依据。

对GPS技术所获取的各种监测数据的处理和分析有基线解算和网平差两个阶段的。前者在数据处理时所使用的是GAMIT，TGO或是Bernese软件和IGS精密星历等技术手段，这能够在很大程度上提高计算的精确度，保证监测数据处理的有效性。平差计算则是应用PowerADJ等软件。对GPS高精度数据进行处理，先要在对原始数据处理的基础上获得同步观测的基线解，然后再对其进行整体平差的详细分析，从而获得整体的解。数据处理软件的应用重点在于对同步网基线的处理，在网平差分析上，尤其是对子系统的误差分析等都缺乏有效的处理方式。在对数据进行网平差处理时，先提取相应的基线向量，以此来构建GPS的基线向量网，并进行GPS三维无约束的平差，然后进行平差或联合平差的处理，最后对相关数据进行质量分析和控制，以实现平差处理的目标。

2.GPS在高层建筑变形监测中的应用

2.1准动态状态下的变形监测

针对高层建筑的变形检测中，在准动态状态下的监测是十分重要的。因此，在进行变形监测过程中，需要利用该高层建筑的形变模型，从而通过多个时间段的数据监控的方式，对高层建筑在准动态情况下进行数据监测，从而可以得出高层建筑的整体形变。举例来说，某建筑总共有32层，并且高度为110米，距离该栋建筑物场地的400米位置有一个三等水平的水准点，因此，在进行变形监测时，作业员可以将这个水准点作为自己监测的监测点，并且在高层建筑物的附近大街上的空地上设定一个水准基点，可以将其命名为A，另外将这个水准基点A作为基础侧面B的高程基准，在设立水准基点A时，这个基点需要具备方便观测并且容易保存的特点，并且这个基点的位置需要在该高层建筑的形变影响范围之外。利用GPS技术在该高层建筑的附近寻找一个观测条件相对较高的观测地作为测量的基准点，同时将其作为变形监测的基准站以及参考站，可以将其命名为C和D。在设立完毕之后，要在该高层建筑的一楼的主要砼柱上设置20个不同的监测点，从而形成一个基础的监测面E，这个监测面的主要作用是为了监测大楼是否发生移动的现象。在完成这部分工作之后，作业员需要在该高层建筑的楼顶扇设置4个不同的GPS监测点，从而形成一个整体的监测面即F，作业员通过对F监测面的运动状态来研究该高层建筑的准动态状态。

在利用GPS技术进行监测时，监测人员需要利用静态测量的模式来对高层建筑物进行监测，同时也可以使用双频接收机来使得监测的结果更加精准，在监测时段的设置上可以选择30分钟或者120分钟的范围内，并且作业员需要使用独立的坐标系统来满足高层建筑变形监测的需要。从整体的监测面E上，作业人员需要先计算出各个监测点的坐标值，并且将坐标值带入到高层建筑的形变模型中去，从而可以计算出整体监控面F的坐标值，最终通过计算得出该高层建筑的形变特征。在这个实例分析中，针对高层建筑的变形监测主要是依托于准动态特征，并且作业员通过分析所测量的数据，从而得出高层建筑物的形变的动态特征。

2.2实时动态状态下的变形监测

不同于准动态状态下的变形监测，由于高层建筑的特殊性，在各种自然灾害的影响下，实时动态特征下的变形监测对于高层建筑的运行和维护有着十分重要的作用。这种变形监测可以监测高层建筑物的相对位移以及建筑物的摆动频率。因此，利用GPS技术进行实时动态下的变形监测，可以深入了解高层建筑的变形特征，并且在受到地脉动以及缝在的影响下时自身的自振特性。在进行监测时，监测人员同样也需要使用双频的GPS信号接收机，并且将其放置于观测条件相对较好的地面监测位置，同时将其设置为基准站，另一台GPS信号接收机则需要放置于离基准站大约300米出的空地上，并且将其设置为参考点，而第三台GPS信号接收机则需要放置在该高层建筑的楼顶空旷场地位置，并且作业人员需要确定其周围是否有干扰源，在确定无干扰源之后，将其作为监测点之一。在设置基准点以及监测点之后，作业人员在设置GPS接收机时，GPS的采样时间需要保持在1秒左右，并且GPS的观测时间也应该维持在1小时左右。通过将数据列入坐标轴中，可以通过数据分析出观测时间段内的曲线变化图，在经过数据分析之后，观测人员可以看出应用GPS技术于高层建筑的变形监测中，观测质量优良，数据比较精准。如果需要更高级别的数据分析，作业员可以通过频谱分析法来得出监测所需的三围数据的序列，这种三围数据序列可以帮助监测人员更准确地确定一定时间周期内监控数据的变化趋势。

3.结束语

随着建筑工程项目的迅速发展，高层建筑的数量也在不断的增加，为了保证高层建筑的质量，对高层建筑的变形进行监测很有必要。GPS技术应用于高层建筑的变形监测是时代发展的需要。由于传统的测量工具成本高，精度低以及效率低下，GPS技术在高层建筑的变形监测中的优点突出，监测精度高，市场发展的前景十分广阔。

参考文献：

[1]万晓东.GPS在高层建筑测量中的应用[J].建设科技；2010：21

[2]王武，李忠臻.高层建筑的变形监测分析[J].现代装饰，2014（07）：144.