GPS在變形監測中的研究與應用

劉景洋

摘 要：在工程建筑物的施工和運營過程中，由于各種因素的影響，會使其產生變形。所以必須對它進行監視觀測，利用變形觀測中取得的各種資料，可以監視建筑物的狀態變化。該文主要以GPS原理為基礎，發揮其快速、準確、實時的觀測特點，結合測試情況，闡述GPS在變形觀測方面的應用及利用其進行變形觀測的可行性，最后分析GPS在變形監測中的優缺點，并得出解決辦法。

關鍵詞：變形監測；工程；GPS；建筑物變形

中圖分類號： P20 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-77-2

0 引言

隨著國民經濟的發展，各種工程建筑如雨后春筍般拔地而起。多年來，自然災害的頻繁出現，使得國家對其防治工作力度逐年增強 ，而出現在現實生活中大部分災害都與建筑物變形有關聯，如山體滑坡、尾礦滑坡、建（構）筑物坍塌等，都是突出的變形現象。所以，通過對各種有變形可能的物體進行監測來預防事故的發生特別重要。現如今，形變觀測主要涉及地殼變形、庫區工程、水利工程大壩、高層建筑及橋梁等多個范疇。監測物體變形的技術已顯現出多項科學技術縱橫交錯發展的態勢。

1 變形體變形及變形監測

1.1 變形體變形

變形體變形是指變形體在各種外界因素的影響下，在時間域和空間域內可以發現其形狀、大小及位置發生改變，超出了它一定的許可限差范圍。這樣的話可能會發生滑坡、巖崩、泥石流等自然災害。

變形監測就是利用測量設備對設定在變形體上的測量點進行實時或者周期性的監測，以確定變形體在時空中的變化。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。

1.2 變形監測方式

變形監測的方法應根據變形體的具體特征而定。也可以同時采用多種方法同時進行監測。

水平位移監測：極坐標法、交會法、GPS法、正倒垂線法、視準線法等。

垂直位移監測：水準測量、電磁波測距三角高程測量等。

三維位移監測：全站儀自動跟蹤測量法、GPS-RTK法、攝影測量法等。

建筑物主體傾斜：激光準直法、利用經緯儀投點、差異沉降法、垂直線法等。

2 建筑物變形監測的精度要求及周期確定

2.1 變形監測的精度控制

各類工程建筑物變形觀測的控制精度，要以有效的發現變形為原則，以不掩蓋變形為準繩。不認真負責的草率作業是不行的，一味地追求高精度是沒必要的。特別重要的建（構）筑物，在設計工程的同時，要統籌安排出對于變形觀測的內容和范圍，并由相關單位詳盡制定出本工程監測方案。第一次觀測，要認真仔細記錄監測體初始狀態的各種數據。

變形監測網的各種點，可分為變形觀測點、基準點、工作基點。在布置它們時要符合以下相關要求：

基準點：比較大型的工程項目，應采用帶有強制歸心裝置的觀測墩來作為水平位移基準點，采用雙金屬標或鋼管標作為垂直位移基準點。要在變形影響區域之外尋找穩固可靠的位置來布設，每個工程最少要保證有3個基準點。

工作基點：用帶有強制歸心裝置的觀測墩作為大型工程施工區域內的水平位移監測工作基點，用鋼管標作為垂直位移監測工作基點。點位應選在方便使用而且比較穩定的位置。對于小型工程來說，如果通視條件較好的，可以不用設置工作基點，在基準點上直接觀測變形監測點就可以了。

變形觀測點：在能體現變形體變形特征的位置上或監測斷面上設立的點。

2.2 變形監測的周期確定

關于變形監測周期的確定，一般情況下，觀測的次數和時間間隔的選擇，要既能體現出變化的過程，又不漏掉變化的時間。這個可根據觀測的具體對象、變形的速度以及變形量的大小等因素決定。一般在工程施工的時候與工程完工初期，時間段要短些，可有一周、兩周等。工程完工投產后，可有30天、60天、半年等，不過，遇有特殊情況，要及時進行觀測。

3 利用GPS技術進行變形監測可行性研究

測試工作在單位園區內的1號辦公大樓與GPS衛星跟蹤站之間進行。在試驗時要求始終保持固定不動GPS跟蹤站上的接收機天線，在1號辦公大樓樓頂安置一個活動的儀器平臺， GPS接收機天線安置在上面。在設置兩個互相垂直的導軌，平臺可以在上面移動，通過平臺上的測微器可以精確測定平臺的移動量，所以可將天線的位移量看作已知數值。接下來利用GPS測量數據結果與該位移值進行對比，來校核其精度，以此來判定利用GPS監測變形體的監測能力。具體在試驗操作過程時移動一次平臺的間隔為5小時左右。并分別計算了5小時解、2小時解和1小時解，各時間段分別進行了10組，其邊長監測測試結果見表1。

上訴數據是用一個基準點來進行觀測的，如果想進一步提高監測精度，可以采用兩個基準點，本次試驗的結果表明，只要采取相應的辦法，使用GPS測量技術進行工程變形監測是可以的。

4 GPS技術用于變形監測的利弊分析及前景展望

4.1 GPS技術監測工程變形的優點

①不用保持測站間的通視。因為GPS定位時無須保持測站間的通視，可以不用較多中間的傳遞環節，從而節約很多經費。只需測站上空開闊即可，點位位置可根據需要，稀密自定，從而可使變形監測網的布設更為自由、方便。

②觀測時間不受限。GPS測量不受陰天、黑夜、起霧、雨雪、刮風等氣候條件的限制，在這些環境中仍能進行正常觀測。這對于變形監測尤為重要。降雨是誘發邊坡變形的主要原因之一，傳統方法在雨天很難觀測，無法做到及時監測邊坡的位移。

4.2 使用GPS定位技術進行工程變形監測的不足之處

①點位選擇的空間相對狹小。在GPS測量規范中對測站的選擇做出了一系列的規定，是為了保證GPS的定位控制精度和工作正常進行，但在變形監測中上述要求往往難以滿足，因此可以調節的余地很小。

②從全局角度上來看觀測條件不是很理想。例如水庫庫區的大壩監測以及礦山尾礦庫初期壩監測的時候，觀測視場一般很狹窄，也會遇到大量衛星被遮擋導致圖形強度不好的情況。如在城市里監測，建筑物密度大，影響衛星信號的接收。

5 結論

GPS測量技術具備以下主要優點：連續并實時、全天不分時間段、精度高、高水平自動化，應用于變形監測方面是非?？尚械?。GPS測量 技術應用于變形監測，針對不同的監測對象和監測目的是總的發展趨勢，監測分析系統要求研究建立技術超前并且實用。關鍵部分是在線實時，但是，需要注意的是在某些特定環境中，由于存在許多客觀因素，致使 GPS 所觀測成果數據精度不高或者不能測量，這種情況下就需要跟其他測量方法聯手作業，來完成測量工作。例如攝影測量、GIS、RS等。

參 考 文 獻

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