基于BDS的变形监测方法及性能分析

基于BDS的变形监测方法及性能分析

荆嘉

江苏省建苑岩土工程勘测有限公司    江苏南京    210000

摘要：BDS的变形监测是一种高精度、高实时、高可靠的结构安全监测技术。该方法通过利用北斗定位原理的变形监测方法。具体包括监测点布设、数据采集和处理、形变分析和预警等。在性能分析方面，BDS系统变形监测具有良好的定位精度，可精确捕捉结构变形；同时，该方法具有实时性强、实时性好等优点，能实时反映结构变形状况；在此基础上，BDS系统的变形监测系统可靠性高，能在复杂环境中稳定运行。在工程应用方面，BDS变形监测技术已被广泛应用于大坝、船闸等结构物的监测和超高层建筑物的动态变形监测，为保证结构安全提供重要技术支撑。

关键词：BDS的变形监测；方法；性能分析

Deformation monitoring method and performance analysis based on BDS

Jing jia

Jiangsu Jianyuan Geotechnical Engineering Survey Co., Ltd

Nanjing, Jiangsu    210000

Absrtact: BDS deformation monitoring is a high-precision, high real-time and high reliable structural safety monitoring technology. This method uses the deformation monitoring method based on Beidou Positioning Principle. Specifically, it includes monitoring point layout, data acquisition and processing, deformation analysis and early warning, etc. In terms of performance analysis, BDS system deformation monitoring has good positioning accuracy and can accurately capture structural deformation; At the same time, this method has the advantages of strong real-time and good real-time performance, and can reflect the structural deformation in real time; On this basis, the deformation monitoring system of BDS system has high reliability and can operate stably in complex environment. In terms of engineering application, BDS deformation monitoring technology has been widely used in the monitoring of dams, ship locks and other structures and the dynamic deformation monitoring of super high-rise buildings, providing important technical support for ensuring structural safety.

Key words: deformation monitoring of BDS; Methods; performance analysis

随着工程建设的迅猛发展，对结构变形的监测越来越引起人们的关注。基于BDS系统的变形监测技术以其高精度、高实时、高可靠的特点，为结构安全监控提供了一种新的思路。本文BDS的变形监测技术的理论基础、具体实现步骤和性能特点进行了研究，并结合实例分析了该方法在不同应用场景中的应用效果。通过本项目的研究，可望为BDS的变形监测方法的安全监测提供更全面、更精确的技术支撑，促进北斗导航技术的持续发展。

1BDS变形监测方法

1.1BDS定位原理

BDS定位原理是基于卫星信号接收与解算以及定位算法与模型的结合运用。在BDS系统中，地面接收设备通过接收来自北斗卫星的信号，获取卫星的位置和时钟信息。这些信号在传输过程中受到电离层、对流层、多径效应等多种因素的影响，需要对其进行准确的处理。在解算时，接收机将采用伪距观测量，也就是从卫星到接收机之间的时间乘以光速得到的距离，并用联立方程求解。在此基础上，考虑大气时延误差、接收机钟差等因素，采用相应的算法对其进行补偿与校正。选择合适的定位算法和模型是提高定位精度的关键。常用的定位方法有最小二乘法，卡尔曼滤波，定位模型根据具体的应用场合和需要选取。在此基础上，通过对算法及模型的不断优化，进一步提升BDS定位精度与可靠性，为各类应用提供更为精确的定位信息。

1.2变形监测技术概述

在变形监测技术中，实时动态定位（RTK）与准实时静态定位是两种重要的技术方法。RTK技术是利用载波相位观测值实时差分定位的一种高精度、高效率的方法。RTK技术可以实时获取监测点的三维坐标信息，实现对建筑物变形的动态监测与预警。与之相对的是，准实时的静态定位技术更多地关注于长期高精度定位的需要。它是一种利用多颗卫星长期观测数据，再经过后处理获得高精度定位结果的方法。该方法能提供更稳定、更可靠的位置信息，适合于分析、预测结构的长期变形趋势。这两种方法各有其优缺点，在实际应用时，要根据实际情况选择合适的监测技术手段，才能保证变形监测的精度与有效性[1]。

1.3BDS变形监测具体实施步骤

BDS变形监测的具体步骤是：监测点布设，数据采集和处理，变形分析和预警。首先，为了保证变形监测的精度，必须对观测点的选取和布设进行研究。根据监测对象的特性与要求，选取有代表性的台站，合理配置接收设备，保证信号接收稳定可靠。其次，变形监测的核心是数据采集和处理。利用北斗卫星接收设备对北斗卫星信号进行连续采集，经解算得到各监测点的位置信息。同时，为了消除噪声与误差，提高数据的精度与可靠性，还需要对采集到的数据进行滤波和平滑处理。最后，变形监测的终极目标是变形分析和预警。经过处理后的数据处理，可提取位移、沉降等变形信息。根据预先设定的临界值及模型，实现变形预警，及时发现和解决安全隐患。BDS变形监测应遵循站点选址、数据采集与处理、变形分析与预警等环节，通过合理的组织与实施，保证变形监测的精度与有效性。

2BDS变形监测性能分析

2.1定位精度分析

精度分析是评价BDS变形监测精度的一个重要指标。在平面定位方面，基于多频点接收与先进定位算法，北斗系统可实现厘米级乃至毫米级的定位精度，满足大部分变形监测需求。此外，BDS还具有较高的高程定位精度，可以精确地反映结构的垂向变形。相对于全球定位系统（GPS）等其它定位系统，BDS系统在一些特定的应用场合具有其独特的优势。以亚太地区为例，由于BDS卫星分布比较密集，信号覆盖范围也比较广，所以定位的准确性可能会提高。另外，随着BDS系统技术的发展，BDS导航系统的定位精度与稳定性正逐渐被其它定位系统所超越。总体而言，北斗系统具有较好的定位精度，能满足高精度变形监测需求，与其它系统相比具有一定的竞争力[2]。

2.2实时性分析

实时性分析是评价BDS变形监测效果的一个重要方面。在数据处理速度上，利用高效率的信号处理与定位算法，可以快速地解算出监测数据并进行传输。从而使变形监测数据能及时准确地呈现给使用者，为决策者提供强有力的数据支撑。BDS形变监测技术在变形响应速度方面同样具有优异的性能。BDS系统具有灵敏度高、分辨能力强等优点，可快速捕捉结构体的微小形变，并将形变信息反馈给监测系统。这使得变形监测能够迅速响应形变事件，为结构物的安全监测提供了实时、动态的保障。总之，BDS形变监测具有实时性好、处理速度快、变形响应快等优点。本项目的研究成果将为北斗系统的变形监测提供一种新的技术手段[3]。

2.3可靠性分析

可靠性分析是评价BDS变形监测性能的一个重要环节。在抗干扰方面，BDS系统采用先进的信号处理技术及编码方法，能有效抵抗外界干扰，如电磁干扰、多径效应等。从而保证了BDS系统在复杂环境中的定位精度和可靠性。同时，BDS变形监测的可靠性也体现在抗干扰能力上。BDS系统采用多频点接收方式，并采用冗余设计，可以在部分卫星信号被遮挡、干扰的情况下仍能保持高精度定位。这种抗差能力使得BDS变形监测在恶劣气象、复杂地形等复杂环境中的稳定运行提供有力保障。另外，长期稳定度也是评价北斗系统变形监测可靠性的一个重要指标。经长期运行验证，BDS系统稳定可靠，能满足长期形变监测的需要。因此，BDS变形监测方法具有抗干扰能力强、抗干扰能力强、长期稳定性能好等优点，可为结构安全监测提供技术支撑[4]。

3BDS变形监测应用实例

3.1大坝、船闸等结构性监测应用

大坝和船闸等水利设施的安全问题十分重要，因此对其进行精确的变形监测显得尤为重要。某大型水库大坝由于长期受到水流冲刷和地质变化等多种因素的共同作用，其结构安全问题引起了人们的高度重视。为了保证大坝的安全和稳定运行，采用了基于BDS的变形监测技术。在监测方案实施过程中，选择大坝关键部位布设监测点，对BDS信号进行连续采集和处理，实现对坝体变形的实时监测。经过一段时间的监测，获取了大量的高精度资料，分析表明，大坝某些部位有微小的变形。根据监测结果，及时采取加固修复措施，有效地消除了隐患。结合工程实例，说明基于BDS系统的变形监测技术在大坝、船闸等结构物监测中具有较高的实用价值[5]。

3.2高层建筑动态变形监测

随着我国城市化进程的加快，高层建筑结构的安全监测问题日益引起人们的关注。某超高层建筑地处市中心，周边环境复杂，在多因素作用下容易产生变形。为了保证结构的安全性，采用了基于

BDS系统的动态变形监测技术。在实施监测方案时，认真选择了监测站，布设了BDS接收机。通过对BDS信号的实时采集与处理，获取不同时刻的高层建筑形变数据。这些数据不但包含了平面上的位移，而且包含了高程上的变化，使我们可以得到更全面的形变信息。通过对监测数据的分析，发现在某一时段内，高层建筑有明显的变形趋势。在此基础上，提出有针对性的加固措施，有效提高建筑物的安全性能。这一工程的成功实施，再一次证明了基于BDS系统的动态变形监测技术在高层建筑物安全监测方面的重要性[6]。

结论：

综上所述，基于BDS的变形监测方法及性能分析，得出了令人满意的结论。该方法利用北斗导航的高精度定位方法，能够实时监测建筑物形变，具有明显优势。在定位精度上，BDS变形监测技术可实现厘米级至毫米级精度，保证数据精度。同时，该系统具有良好的实时、可靠性能，能在复杂环境中稳定运行，及时捕捉结构微小变形，为结构安全性提供有力保证。同时，BDS变形监测技术也具有广阔的应用前景，不仅可以用于大坝、船闸等大型工程，还可以用于高层建筑等基础设施的动态变形监测。总之，基于北斗系统的变形监测技术是一种有效的、可靠的技术手段，对保证建筑物的安全有着十分重要的意义。

参考文献：

[1]杨洋,刘濛濛,高成发.基于BDS的变形监测方法及性能分析[J].测绘工程,2023,32(04):44-50.

[2]王晨辉,郭伟,孟庆佳,等.基于虚拟参考站的GNSS滑坡变形监测方法及性能分析[J].武汉大学学报(信息科学版),2022,47(06):990-996.

[3]蒋俊华,王亚荣.基于PPP-AR的组合高低频GNSS高层建筑动态监测[J].北京测绘,2021,35(09):1206-1210.

[4]侯红科,王亚荣,匡翠林.低成本GNSS接收机监测高层建筑动态变形的可行性分析[J].导航定位学报,2019,7(04):94-98

[5]郁雯,基于GNSS-RTK技术的超高层建筑的实时动态变形监测.河北省,河北建筑工程学院,2019-05-26.

[6]袁东,孙成城,王嘉杨.高层建筑动态变形的GPS监测技术[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2005,(08):926-930.