GPS技术在变形监测中的应用

熊娜莎

(广州港工程管理有限公司,广东广州 510731)

GPS技术在变形监测中的应用

熊娜莎

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在工程的变形监测中分析GPS应用情况以及GPS具有方便实用等特点,GPS技术的应用由于其受环境的局限性和测量工具使用不便等情况影响较小,从而在变形监测的领域可大放手脚。由于GPS可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数,目前在各类变形监测中已得到了广泛的应用。

GPS技术 变形监测 应用

1 GPS技术在工程变形监测中的应用现状

变形监测又称变形测量或变形观测，其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。变形监测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS技术。GPS技术经过短短几年的发展，观测边长已经达到了10-8～10-9的相对精确度，在传统的测量精确度上还提高了4个量级。GPS技术能够对目标进行全方位、全天化的定位监测，同时提供高精度的三维坐标定点，测站之间也不存在通视要求，所以现如今被广泛应用。在变形监测上GPS主要被应用于滑坡观测、位移监测等，在滑坡观测中，用GPS观测，能对滑坡的整体活动性进行全方位的观测。我国的变形监测大多采取常规大地测量和特殊变形测量相结合的方式来完成任务的，但是由于其作业强度太大，在测量进行的过程中又比较容易受到环境的影响，因此，效率较为低下。GPS应用于工程变形监测中不仅具有速度快、受外界的影响较小、精确度比较高以及自动化的程度比较高等优点，而且还可以对大型建筑物的各个被测点的三维移动变化进行全天候的测量，GPS技术的出现为变形监测注入了新鲜血液，当我国的变形监测还停留在常规大地测量与特殊变形测量相结合的技术层面上时，国外的变形监测已经进入了GPS时代，在水库大坝的外观变形监测工作中，GPS技术不仅可以满足其精确度的要求，还能实现对其进行自动化的监测。地面、高层建筑物以及海上勘探平台等沉陷方面也采用GPS的应用监测。

2 工程变形监测中的GPS新技术设计

2.1 对基准的设计

变形监测不仅能监视建(构)筑物的安全状态，而且其结果也是对设计数据的验证，同时起到反馈施工质量的重要作用，为改进设计和科学研究提供重要的资料和依据。在对国内外变形监测技术中GPS技术的应用历史和状况有所了解后，对其当下的应用状况和变形监测项目的实际要求进行推测，工程变形的监测成果的准确性及稳定性是通过基准设计来反映。传统手段的变形监测，通常受到环境、地形以及设备仪器等因素的影响比较大，GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。引进GPS技术这种高精度仪器的应用，轻易的就解决了监测网基准点位置的设置，设置在变形区域外围，保障了数据的准确性和可靠性。

2.2 对时段和周期的观测设计

大量的监测数据对变形体的变形规律进行系统的分析研究，更好的掌握变形机理，给出合理的物理解释，建立有效的变形预报模型，是变形监测的中心任务。能够使得一些大型自然灾难发生的可能性分析和预测提供真实有效的数据根依据，这一点对于一些活跃期的断层相对运动和活跃阶段的滑坡变形监测具有重大意义。对时段和周期的观测，把工程变形如缓慢长期的变化、快速持续的变化以及剧烈的变化等性质结合整个工程进行分析，得出科学合理的观测周期，不仅有利于对监测意图的实现，还有利于对监测结果进行准确的分析。为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型等。

2.3 对图形结构的强度设计

虽然GPS技术的应用为变形监测技术带来了技术层面上的革新，然而在应用的过程中，GPS技术还是存在着许多不尽人意的地方。在选择图形过程中，需要考虑基准点有效控制变形点的同时，也要考虑基准点与基准点相互进行检校。图形结构的强度设计中的参数识别设计以及模型识别设计对变形模型有保障作用，利用这些资料首次建立了定量的中国大陆及其周围地区地壳运动的速度场，给出了中国大陆地壳水平运动的基本特征，得到了中国地壳水平运动呈现明显的非均匀性。

3 GPS变形监控实时分析系统的应用

建立GPS变形监控在线实时分析系统对于大坝、大型桥梁、高层建(构)筑物、滑坡和地区性地壳变形监测，研究建立技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的发展趋势。GPS变形监测网的静态平差是把各期的外业观测数据分别进行平差，解算时并不考虑相邻两期观测数据之间的动态参数。变形监测系统的构建方面可以在研究的过程中试图在了解到某项监测任务的执行标准的基本要求后，将GPS技术与其他变形监测技术进行有机结合，组建成一套综合变形监测系统。由于建立连续运行的GPS网络系统进行大坝和滑坡等变形监测，成本较为昂贵，因此，研究低成本的GPS一机多天线变形在线实时监测分析系统也一个颇有实际意义的研究方向。而对于不同的变形体和不同的监测环境，可分别选择经典自由网平差、秩亏自由网平差和拟稳平差进行整网的平差解算。将使地壳形变观测在空间域的控制能力和分辨能力方面得到极大地提高，这也为GPS等空间测地技术用于大型工程的变形监测带来了新的机遇，为推进高精度变形监测的研究注入新的活力。以大坝变形监测为例，建立GPS变形监控在线实时分析系统，其数据处理分析和管理。

4 结语

GPS技术由于其实时性能的表现、连续工作的特性、高精度的定位性能和自动化程度较高的基本优势，基于GPS技术的变形监测理论与方法，是当前广泛采用的变形监测新方法、新技术之一。GPS卫星定位技术相比于传统的测绘作业方法与模式有着显著的特点和优越性，其优越的性能及广泛的适用性，在GPS等空间测地技术不仅可以应用于水库大坝及各种滑坡的精密外观形变监测，而且已经用于研究板块运动、亚板块运动等问题，这在过去是不敢想象的。GPS技术在工程变形监测系统中，不仅降低了成本，节省了人力物力，还提高了精确度和工作效率。GPS应用于大坝和滑坡体等的外观变形监测，与传统的地面测量技术相比有其独特的优越性，但是成本亦较为昂贵。

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