北斗高精度城市高層建筑自動監測系統應用

高琴

摘要：北斗衛星導航系統投入民用后，已廣泛地在導航、定位等各領域應用，尤其在測量界的控制測量中起了劃時代的作用。因為它在靜態相對定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優點，使人們普遍采用其來代替常規的三角、三邊、邊角等方法，并在理論、實踐中取得了可喜的成果，在精密工程變形監測中也逐步得到廣泛的應用。本系統將基于北斗高精度安全監測系統，對城市高層建筑進行監測，實現實時、全天候監測、定時上傳、數據自動化采集、計算、存儲，提供毫米級精度絕對坐標，自動預警報警，遠程監測等功能。

關鍵詞：北斗衛星導航系統；變形監測

1前言

高層建筑在運營期間會受到風力、溫度以及突發的自然災害等外界因素的影響，同時，也會受到鋼筋松弛、墻體銹蝕、地基沉降等內在因素的影響。在內外因素的影響之下，將產生幾何變化、內力變化和索力變化等各種效應。如果這些變化過大，超過了地基或鋼體能夠承受的安全范圍，將會產生災難性的后果。

為此，本系統將基于北斗高精度安全監測系統，對高層建筑進行監測。監測內容為：對浙江省諸暨市50棟高層房屋進行監測，將集成傾斜儀、裂縫計等設備，實現多維、立體式的監測，并實現報警、展示、巡檢等功能。基于北斗衛星的高精度安全實時自動監測平臺，創新高層建筑安全管理模式。

2系統解決方案

2.1技術原理

系統采用北斗高精度連續觀測技術，在待監測點安裝高精度監測終端，通過相對定位方法，如果A和B兩點在同一時段內觀測了相同的一組衛星（至少四顆）。而且A是一個已知點，通過服務平臺解算，把原始改正信息傳到B點，那么B點的位置就能達到靜態毫米級精度。系統集成三維建模技術，實時動態監測高層建筑物的傾角、扭矩等，并且通過連續觀測，監測沉降及位移等參數，同時可以兼容溫度、濕度、擾度、加速度傳感器、傾斜儀等傳統傳感器實現多維度的安全監測，打造高層建筑健康監測系統。

2.2系統介紹

系統聚焦住建部對超高層建筑形變監測的要求以及當前橋梁、大壩、危房等建筑的安全監測需求，與武漢大學地球物理研究所共同開發高層建筑、大壩、邊坡等典型監測目標進行物理形變建模，同時開發手機APP客戶端，可對監測物進行動態安全監測與實時預警服務，集成三維建模及GIs技術，提供三維可視化服務，并開創了聯合保險公司以安全監測險的方式共同提供服務的商業模式。系統整體結構簡單、層次清晰、功能明確，系統由：

①數據采集子系統：

②數據處理子系統：

③評估分析子系統：

④預警監測系統四大系統組成，

2.3硬件配置

1）接收機：

2）北斗高精度三防手機；

3）高精度形變監測終端。

2.4軟件系統

北斗高層建筑自動監測系統是面向北斗形變監測綜合應用的專業化綜合應用系統，軟件系統主要包括三個子系統，包括：

1）數據采集子系統：

2）高精度形變監測數據處理系統：

3）基于互聯網的形變數據預警發布系統：

高精度北斗高層建筑監測系統目標明確、結構簡單、流程清晰、功能完備，解決方案因地制宜、具有鮮明的針對性，系統設計時在確保監測功能及精度性能的前提下，能充分考慮工程的實際條件并兼顧工程投資的經濟性，合理設計系統結構，科學配置系統單元，最大程度實現系統要求與目標。在對建筑物進行三維模型構建的基礎上，實現對超高層建筑進行實時監測，獲取建筑物當日最大振幅，各方向偏移量、傾斜、沉降、擺動等信息，實現超高層建筑的日常監護及緊急情況下的預警。

3關鍵技術和創新點

1）開發服務平臺和手機、平板等客戶服務端，通過微信、電話等方式實時發布預警信息，提高安全預警的時效性。

2）高頻多模GNSS高精度、實時動態監測。相比現有采用靜態精密相對定位的GPS監測技術，本項目研發無參考瞬時速度精密確定技術，從而更加有利于對于突發型沉降及形變的實時監測及預警。而現有技術由某時間段內累計位移推導平均速度，通常測量的時間段較長，無法體現出瞬間的變化特性，不適用于對臨變型的監測。

3）定速一高精度定位分段數據處理模式：即在GNSS監測數據處理過程中，先應用單點實時定速技術進行瞬時速度計算，定速精度在2mm/s以內，以確定參考站點和監測點在數據時間段內的穩定性：然后在參考站和監測點都處于穩定狀態下，應用長時間段的精密相對定位技術進行毫米一亞毫米級精密位置估計，再計算監測點累積位移量和相對位移量。

4）選擇支持多模（BDS/GPS/GLONASS）的高精度衛星導航模塊，保證在城市、礦區、峽谷等常見環境中可觀測到的衛星數量和幾何圖形分布，相比既往部署的單GPS系統在定位精度、可靠性上會有很大的提高。

4布設方案

在浙江省諸暨市危房監測一期項目中，已完成50棟房屋的200套終端安裝，同時在項目部樓頂布設5個固定基站。

總結：北斗高層建筑自動監測系統采用自主知識產權變形監測系統軟件平臺及硬件傳感器和監測終端，基于互聯網/移動通訊技術等，提供高層建筑運營期健康監測系統解決方案。同時可廣泛應用于滑坡地質災害監測、礦山邊坡變形監測、水庫大壩變形監測、堤防渠道變形監測、深基坑及周邊影響區變形監測、高鐵橋梁及大型場館健康監測等領域。endprint