GPS技术在变形监测中的应用及发展趋势

王邵阳

（凯里市城市规划设计院　贵州　凯里　556000）

GPS技术在变形监测中的应用及发展趋势

王邵阳

（凯里市城市规划设计院贵州凯里556000）

作为一种全新的现代空间定位技术出现的全球定位系统（GPS），已逐渐在越来越多的领域中取代了常规光学和电子测量仪器。本文重点就变形监测领域的GPS技术应用及其发展趋势进行了研究。

GPS技术；变形监测；应用趋势

引言

自20世纪90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术的结合，引起了空间定位技术方面的革命性变化，由动态扩展取代静态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展发展到即时定位与导航，陆地和近海的三维坐标都能利用GPS技术同时测定，其相对和绝对精度由米级扩展到厘米级甚至亚毫米级，从而使GPS的应用范围得到了极大地扩展，这令在精度要求很高的变形监测领域中GPS的应用变得可能。

1　GPS观测原理

1.1GPS观测原理

首先，要了解GPS的原理，这样在进行变形监测时，才能够很好的做到监测数据的准确性，GPS主要有监测站、主控站、注入站等组成，在监测站中设置了双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机和各种环境数据传感器，对系统采集的测量信息进行分析和处理，主控站是GPS的核心部位具有监测站的全部功能，协调和管理地面监测系统，主控站依据监测站提供的数据信息进行推算变形数据以及提供改正的变形参数，并且将生成的数据反馈给注入站，进而推算监测站和GPS的反馈数据并将相关的监测数据反馈给导航电文，生成具体的监测数据和信息。

1.2GPS变形监测数据分析原理

对于GPS的变形监测的原理，应该进行简单的分析，只有了解了GPS工作的原理才能很好的进行GPS的应用和管理。首先GPS通过通过监测站接受数据，然后数据通过主控站的数据分析后，由数据传输系统传输到软件部分进行预处理、基线解算和平差。GPS数据采集是系统采集的观测原始数据，这些原始数据能够反映出具体的变形量和变形深度，并且通过变形数据的具体反映能够知道基坑变形的具体位置，这样能够很好的进行加固处理，保证变形不为的安全。GPS数据传输到检测系统由检测系统对收集到的数据信息进行处理，反馈到主控站，最后主控站将数据信息进行分析和判断，得到变形的具体数据，反馈到数据传输系统传到计算机在计算机上进行预处理和基线解算。在GPS数据处理的整个过程都是建立了数据采集和管理系统，多数的GPS接受导数据都是采集的数据记录在接收机的内存模块上，然后将检测的结果记录到相关的记录系统最后形成具体的变形数量和深度以及相关变形的具体位置，以便进行修复。

2　GPS技术在建筑物监测中的优势分析

变形监测网的布设十分自由、方便，可省去大量中间信息传递过渡点的原因是GPS定位时测站之间不需要保持通视，这样就节省了大量布设监测站点的费用。GPS技术在建筑物监测中具有五个方面的主要优势：①GPS技术自动化程度高，能够自动采集数据。数据接收机本身可自动跟踪并锁定卫星信号，有效的降低了长期监测工程的监测成本，提高了变形监测的效率。②GPS技术能够全天候不间断的工作，不受天气等自然条件的影响，对变形监测的持续性十分有利。③观测站间无需通视，只要上空实业开阔即可，设定观测网点十分自由灵活，不再收到传统观测方式的限制，对节省成本效果显著。④GPS技术测量速度迅速，且精确度高，能同时获得观测点的三维坐标。在精确测定平面位置的同时，可以获得精确的大地高，保证了观测点的时空一致性。⑤GPS测定的大地高可以直接运用于垂直变形测量，它获得的大地高在变形监测工程中能够保持较高的精度，避免了传统工程测量中精度损失情形的出现。

3　GPS技术在建筑物变形检测中的运用

本文以一座塔身高288m的电视塔为例，该电视塔以钢筋混凝土为主要结构，监测电视塔的中心线的垂直高度，以及塔身扭转程度，以确保电视塔的安全施工和验证其工程设计的合理性。

3.1GPS监测

依据国家《工程测量规范》和《建筑变形测量规范》都是建筑物变形监测的科学依据。电视塔设计单位和施工单位共同确定电视塔的倾斜检测技术方案。电视塔的垂直度要求精度较高，其允许偏差不超过70mm，而允许测量误差不超过23mm。为了确保变形监测的可靠性和完备性，一般采用GPS静态定位监测的方法。

3.2变形监测控制网建立

在建立监测控制网点的过程中，为了满足电视塔垂直度和塔体扭转等项目的监测需要，需要确保控制网的精度处于较高的水平，一般应不低于变形监测的二级精度标准。为了保证观测基点的稳定性，需要在确定的过程中，反复的比较，将基点设立在结构较好的永久性建筑上。若是一次无法确定所有的基准点，可分期确定，一般基准点数量在五个左右，离塔心的平均距离在300m左右。控制网点应采用钢筋混凝土观测墩，并在地底埋设高精度的强制对中基座。

3.3GPS测量基础轴线的方法与过程

一般情况下，当GPS监测网建立完毕之后，电视塔的施工将会到了一定的阶段。这个时候，在采集塔心的坐标和8条轴线控制桩的坐标及方向时，将需要根据计算获得。为了确保相关数据的精确度，可采用GPS技术对施工单位最初的8个轴线点（也称内侧点）进行精确的测量，再与基准网进行联合测量，将8个轴线控制点的坐标纳入监测体系的独立坐标系中。当塔身在施工中逐步升高时，8个内侧点距离塔体太近，给轴线观测带来了较大的难度，所以，需要延长。新设的8个轴线控制点称为外侧点，此时，对外侧点进行精密的观测，将观测的数据进行计算，即可获得塔心的坐标和轴线的方位角。这也是电视塔轴线垂直度的标准基准点和塔体扭转分析基准线。

3.4电视塔GPS变形监测的结果分析

GPS技术是以卫星遥感技术为基础，进行精确测量的过程。电视塔变形监测根据要求，并结合实际施工现状，在不同的高度进行静态观测。该电视塔高度为288m，在200m的高度进行实时监测，其X方向和Y方向的偏差分别为0.005和0.003，偏差值为0.0058，在允许偏差值不超过0.1的范围之内。

4　GPS变形监测技术的发展趋势

4.1建立GPS变形控存线实时分析系统

研究建立GPS变形监控在线实时分析系统，对大型桥梁、水电站、高层建筑物以及滑坡、泥石流、雪崩等地质灾害多发地区进行变形监测依然成为一个重大的发展趋势。这种由数据采集，数据传输和数据处理等几个重要部分组成的系统，可以及时处理变形检测器测得的监测数据，从而对变形的现状和发展趋势进行有效地分析，为灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据。

4.2建立“3S”集成变形监测系统

所谓“3S”集成变形监测系统，就是GPS、GIS以及RS三种系统集成的变形监测体系。“3S”技术集成可为分析、研究包括变形信息在内的各种灾变信息之间的相互关系提供技术支撑。特别是时态GIS技术的应用，除了具备一般GIS的功能之外，它不仅可以明确地表述四维空间的地质现象，还能记载监测区域地质现象随时间变化的演变过程，这对于泥石流等地质灾害的监测预报具有重要意义。因此“3S”集成变形监测系统的发展也是完善变形监测工作进行的一大趋势。

4.3建立GPS与其他变形监测技术相结合的集成系统

将GPS与其他变形监测技术（如摄影测量技术、特殊变形检测技术等）结合形成综合变形监测系统，有利于克服单一利用GPS技术的不足和局限性，实现不同技术之间的优势互补，扩展GPS变形监测技术的应用范围。GPS等空间等空间测地技术的集成组合应用于大范围、整体性的地壳运动监测，将会大大提高空间域对于地壳形变观测的控制能力及分析能力。这会成为GPS等空间测地技术运用于大型工程监测带来新的机遇，对高精度变形监测技术的研究产生强大的推动作用。

5　结束语

在现代科学技术的不断进步的情况下，GPS技术的其他领域的应用应该很快就会得以实现，对于GPS在变形监测中的相关应用是检测技术发展到今天的必然结果，现在在进行深基坑开挖以及基坑周边建筑物的变形监测都是用的比较先进的GPS技术，这种技术的特点符合目前需要，需要成本的控制以及监测的精准度。GPS检测技术的发展也是我国经济发展的结果，对于GPS技术的应用也是检测技术发展的一个具体体现，在今后的发展过程中GPS技术一定会更上一层楼，对于应用过程出现的缺点，我们应该及时的发现及时进行研究，找到GPS技术的关键环节进行逐步的研究，使得我国的GPS技术能够达到世界水准，我国的监控技术也能够与世界接轨，GPS技术能够在更加广阔的领域得到应用和发展。

[1]朱怀汝，李为民.GPS在巨型塑像变形监测中的应用——以炎黄二帝塑像为例[J].创新科技，2013.

[2]肖鸾，胡友健，王晓华.GPS技术在变形监测中的应用综述[J].工程地球物理学报，2005.

P258

A

1673-0038（2015）32-0280-02

2015-7-12

王邵阳（1978-），男，苗族，贵州凯里人，工程师，大专，主要从事工程测量方面的工作。