GPS在土木工程監測技術中的應用

夏敏敏 曾哲 張藝藍 龍世文 湖南中聯重科智能技術有限公司 湖南長沙 410205

一、引言

近些年來，隨著我國基礎設施建設的快速發展，建設項目的逐漸增多，對橋梁、邊坡、基坑、隧道、建筑工程等項目建設的要求也逐漸增加。為了保證土木工程等基礎設施建設可持續發展，必須要對傳統的技術手段進行革新，以新技術去適應逐漸發展的建設要求。

將GPS技術引入到土木工程測量工作中由來已久，并給測量放樣帶來了顯著效益，提高了測量效率及精度，促進我國土木建筑領域的快速發展。就目前來言，GPS技術在土木工程技術領域已不局限于測量放樣，逐漸發展為施工過程及使用過程中的變形監測。

二、GPS技術概述

GPS的全稱為全球定位系統，其被廣泛使用于汽車、工程機械、土木工程等領域，GPS包含三部分：空間部分、地面控制部分、用戶設備部分。GPS具備以下三方面的特點：定位精度高、操作簡便、可以全天候工作。GPS擁有四大功能：其一為定位功能 其二導航功能 其三是測量功能 其四是授時功能。

三、GPS在土木工程監測中的應用

橋梁工程領域，橋梁在施工及實際使用中會受到一些外部因素如地震、臺風、洪水等因素影響，致使橋梁發生變形或沉降。技術人員必須增強橋梁工程的變形監測，倘若出現有沉降或變形，就需采取相應的控制措施，控制橋梁的安全性及穩定性。以往橋梁監測過程中因受外部因素影響，從而使變形監測達不到預期效果。使用GPS可有效控制橋梁變形，如高精準度的GPS監測網可控制在毫米級以內，有效提高監控的安全性和適用性。

邊坡工程領域，由于邊坡巖土體性質的復雜性，巖土體地質分布的不均勻性，巖土體受施工過程、大氣因素、外部環境等的影響，人工邊坡在施工過程中或形成后失穩仍時有發生。邊坡施工過程中，通常需要對邊坡進行監測，監測的內容主要有變形監測、應力監測、水及環境條件監測，其中邊坡的變形監測可以通過GPS進行，監測系統主要包含高精度GPS傳感器、數據傳輸系統、數據處理和控制系統及輔助支持系統，系統可將監測數據自動、實時傳輸至監控平臺，分析并顯示各監測點的變形值、變形速度值及變形加速度值，通過設置報警閥值，系統可實現邊坡報警通知預案，為快速、準確控制邊坡變形破壞提供依據。

基坑工程領域，在基坑施工過程中，基坑的變形、支護破壞、周圍建筑物開裂、基坑塌方等工程事故要求在施工期間實行全過程監測預報，確保施工過程的安全。常規的基坑監測方法基準點與監測點需要通視無障礙，且監測過程受周邊環境影響較大，監測過程中效率較低。而GPS與常規檢測方法相比具有監測站不需要通視、定位精度高、操作方便、自動化程度高、觀測速度快、具備全體候作業條件等優勢，目前我國許多企業研發建立了成套基坑在線監測系統，可以通過GPS實時采集基坑施工過程基坑及周圍建筑物的變形，并將數據傳輸到數據分析系統，從而實現對基坑施工現場實時監測。

隧道工程領域，目前在隧道工程中新奧法施工技術被廣泛的應用，在新奧法施工技術中，監控量測具有及其重要的作用，為保證隧道施工安全性及經濟性，需通過不斷調整隧道開挖和支護參數來滿足施工要求，實現信息化動態施工。隧道施工監控量測包含必測項目和選測項目，其中必測項目包含：洞內及洞外觀測，拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降，其中拱頂下沉、周邊收斂、地表沉降可以通過GPS來進行監測，尤其是地表沉降觀測，可不受氣候條件及地理位置的限制。

建筑工程領域，高層及超高層建筑在建成后，由于受氣候、環境、長期荷載、材料性能退化等各方因素的影響，隨時間的推移，其強度和剛度會相應降低。這不僅會影響高層及超高層建筑的正常使用，而且會縮短其使用壽命。因此，需要對高層及超高層建筑進行健康狀況監測和評估，其目的在于保證結構的安全性、可靠性、耐久性，以滿足結構預定功能要求。采用GPS技術，可以對高層及超高層建筑的沉降、傾斜變形進行實時監測，及時發現問題。

四、GPS在土木工程領域應用發展趨勢

近年來，物聯網技術成為了各界高度關注的信息技術新興概念，它是通過射頻識別、紅外感應器、GPS、激光掃描器等信息傳感技術，把任何物品與互聯網進行對接，進行信息互換和通訊，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，作為國家經濟發展的熱點，物聯網在土木工程領域的應用潛力巨大。它可以通過GPS、手機通訊網以及互聯網，實現工程項目的智能化識別、定位、監控和管理，使實際工程項目能夠異地、遠程、動態及全天候的“物物相連、人人相連、物人相聯”。

五、結束語

隨著科學技術的發展，GPS具備傳統監測設備無法比擬的優越性，因此在土木工程監測中得到了廣泛應用，并取得了非常理想的成績，確保了結構的安全性、可靠性、耐久性，為結構滿足預定功能保駕護航。