GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

林　苗

GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

林苗

由于GPS技術(shù)具有精確、實(shí)時(shí)、快速等特點(diǎn)，并可向用戶24 h提供精確的三維速度、坐標(biāo)以及時(shí)間信息等參數(shù)，當(dāng)前已于路橋、地面沉降、滑坡、大壩等變形監(jiān)測(cè)中普遍使用，可以極大程度地降低事故發(fā)生率。筆者將從GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)著手，探析其于變形監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，以供同行參考。

GPS定位技術(shù)；變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

變形監(jiān)測(cè)也叫做變形觀測(cè)或變形測(cè)量，主要采用測(cè)量?jī)x器以及其他專用儀器與方法來對(duì)變形體位置、大小、空間狀態(tài)、形狀以及時(shí)間信息予以明確。其監(jiān)測(cè)對(duì)象涵蓋面非常廣，大至地表，小至各類建筑物，只要是與生產(chǎn)、生活有關(guān)的實(shí)物對(duì)象均可以成為其監(jiān)測(cè)對(duì)象。總的來說，形體自身的內(nèi)在因素與外在因素是導(dǎo)致其發(fā)生變形的重要原因。內(nèi)在因素包含了設(shè)計(jì)不科學(xué)、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、作業(yè)方式錯(cuò)誤等；外在因素包括地下水位、風(fēng)力大小、動(dòng)荷載等。形體變形原因正確辨析與否，將會(huì)直接影響著后續(xù)變形監(jiān)測(cè)方案以及后期數(shù)據(jù)研究與處理的質(zhì)量，因此，應(yīng)對(duì)其予以充分重視。

1　在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

GPS又稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，憑借其精準(zhǔn)的定位能力以及強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)功能，在我國(guó)測(cè)量技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。受益于我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)，我國(guó)建筑行業(yè)也呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)，然而各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施使用時(shí)間逐漸增長(zhǎng)，各類建筑無可避免地會(huì)發(fā)生變形，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患，對(duì)社會(huì)造成極大負(fù)面影響。所以，變形監(jiān)測(cè)工作不容忽視。在變形監(jiān)測(cè)中，GPS技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要如下。

1.1監(jiān)測(cè)效率高

由于GPS定位是由高到低，所以不用考慮通視問題，極大程度地省去了中間傳遞過渡點(diǎn)，并可以自由地布設(shè)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，有效提高了監(jiān)測(cè)效率。

1.2實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化

因?yàn)镚PS接收機(jī)能夠自動(dòng)完成數(shù)據(jù)收集工作，并預(yù)設(shè)重要端口，所以可將GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立成為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而使得數(shù)據(jù)采集、處理、傳送、分析、報(bào)警、入庫等一系列工作可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。這在一定程度上減少了人工處理的環(huán)節(jié)，大大減少由于人為因素而造成的誤差，從而能有效提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3可同時(shí)提供監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維位移數(shù)據(jù)

在以往變形監(jiān)測(cè)方法中，往往需要采取不一樣的方法來分別檢測(cè)垂直位移與平面位移的信息，這極大的增加了工作量，延長(zhǎng)了監(jiān)測(cè)周期，加大了變形分析難度。而GPS具有極強(qiáng)的自動(dòng)化測(cè)量能力，可以同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量出監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維位移數(shù)據(jù)。

1.4可全天候作業(yè)

由于GPS的獨(dú)特性，其測(cè)量作業(yè)不會(huì)受到氣候條件的影響，裝配防雷設(shè)施后，即可全天候、全方位地進(jìn)行觀察作業(yè)。對(duì)于洪澇、地質(zhì)塌陷等一系列災(zāi)害事故監(jiān)測(cè)來說具有極其關(guān)鍵作用。

2　GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

2.1GPS變形監(jiān)測(cè)模式

2.1.1周期性變形監(jiān)測(cè)

該監(jiān)測(cè)模式的使用頻率極高，對(duì)測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置進(jìn)行周期性測(cè)量，并對(duì)兩個(gè)測(cè)量周期的位置變化情況進(jìn)行計(jì)算從而達(dá)到測(cè)定變形的目的。通常情況下，采取靜態(tài)相對(duì)定位的方法來取得基線向量，接著通過網(wǎng)平差來控制與分析觀測(cè)的質(zhì)量，從而得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)確坐標(biāo)，最終通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法來判定這兩個(gè)周期測(cè)量所得坐標(biāo)差是不是變形量。

2.1.2連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)

該方式是通過固定預(yù)期來長(zhǎng)期地收集數(shù)據(jù)，以形成變形數(shù)據(jù)序列。雖然該方式是重復(fù)對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，但該方式觀測(cè)到的數(shù)據(jù)具有連續(xù)、高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)。其可依據(jù)變形體特點(diǎn)，來選用動(dòng)態(tài)相對(duì)定位或靜態(tài)相對(duì)定位的數(shù)據(jù)處理方式來觀測(cè)變形體。

2.1.3動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

在傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)中，多數(shù)是采用激光干涉儀、加速度計(jì)來對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)定。但隨著建筑高度逐漸上升，其對(duì)變形監(jiān)測(cè)工作也有了更大地挑戰(zhàn)。GPS定位技術(shù)憑借其優(yōu)秀的軟硬件功能成為了動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的重要手段。尤其是GPS接收機(jī)具有極高的采樣率，在監(jiān)測(cè)大型結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性中已獲得了卓越的成效，并逐漸得到普及使用。例如，于強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)中，選用GPS技術(shù)測(cè)量加拿大Calgary塔結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形、選用GPS來測(cè)量深圳地王大廈風(fēng)力振動(dòng)特性等。

2.2GPS在變形監(jiān)測(cè)中的測(cè)量方法

①由于GPS監(jiān)測(cè)對(duì)象與要求均各不相同，所以其測(cè)量方法可以歸納為三種：靜態(tài)、快速靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)測(cè)量。靜態(tài)測(cè)量法與動(dòng)態(tài)測(cè)量法均有著各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量當(dāng)中應(yīng)根據(jù)具體需求來選擇最佳的測(cè)量方法。通常情況下，監(jiān)測(cè)網(wǎng)、基準(zhǔn)網(wǎng)邊長(zhǎng)＜10 km時(shí)應(yīng)選用靜態(tài)測(cè)量法，設(shè)置GPS接收機(jī)≥3臺(tái)，進(jìn)行同步觀測(cè)，測(cè)量時(shí)間控制1～2 h內(nèi)，每隔10 s進(jìn)行一次采樣，其水平精度＜3 mm，垂直精度小于5 mm；測(cè)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)，應(yīng)選用快速靜態(tài)測(cè)量法，設(shè)置GPS接收機(jī)2臺(tái)，進(jìn)行同步觀測(cè)，時(shí)間＞5 min且＜10 min，每2 s進(jìn)行一次采樣，其水平精度＜5 mm，垂直精度＜8 mm；監(jiān)測(cè)橋梁或進(jìn)行低精度監(jiān)測(cè)時(shí)，可選用動(dòng)態(tài)測(cè)量法，設(shè)GPS接收機(jī)置1臺(tái)，于各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行流動(dòng)觀測(cè)，每1S采樣一次，其精度可達(dá)1～2 cm。

②GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)。首先，保證GPS變形監(jiān)測(cè)滿足相關(guān)測(cè)量規(guī)范的要求，并且根據(jù)有關(guān)規(guī)范來劃分其等級(jí)與精度。其次，應(yīng)確定GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)將選用基準(zhǔn)，也就是起算數(shù)據(jù)與坐標(biāo)系統(tǒng)。通常情況下，其坐標(biāo)系統(tǒng)可選用WGS-84坐標(biāo)系，也可選用國(guó)家或是地方獨(dú)立坐標(biāo)系。如若起算點(diǎn)，誤差大于或等于5 m，則其對(duì)基線矢量的影響則將達(dá)到10～6 m。然而由于受到電磁波傳播誤差或衛(wèi)星星歷誤差的影響，GPS單點(diǎn)定位的誤差無法控制在5 m以下，所以，設(shè)計(jì)GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)與監(jiān)測(cè)區(qū)臨近高精度國(guó)家GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。如若沒法與高精度國(guó)家GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，則應(yīng)以初始坐標(biāo)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其坐標(biāo)系依舊是WGS-84坐標(biāo)系。

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江蘇省建苑巖土工程勘測(cè)有限公司蘇州分公司

江蘇蘇州215129

Application of GPS positioning technology in deformation monitoring

Lin Miao

With characteristic of accuracy，real-time，fast，the GPS technology can provide parameters，including accurate 3D velocity，coordinate and time for 24 h，which currently has been widely applied in deformation monitoring of roads and bridges，ground subsidence，landslide，dam etc. It can greatly reduce the accident. The article will analyze the application of GPS in deformation monitoring based on the advantages of GPS.

GPS positioning technology；deformation monitoring；application

TU 75

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