GPS在变形监测中的研究与应用

刘景洋

摘 要：在工程建筑物的施工和运营过程中，由于各种因素的影响，会使其产生变形。所以必须对它进行监视观测，利用变形观测中取得的各种资料，可以监视建筑物的状态变化。该文主要以GPS原理为基础，发挥其快速、准确、实时的观测特点，结合测试情况，阐述GPS在变形观测方面的应用及利用其进行变形观测的可行性，最后分析GPS在变形监测中的优缺点，并得出解决办法。

关键词：变形监测；工程；GPS；建筑物变形

中图分类号： P20 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-77-2

0 引言

随着国民经济的发展，各种工程建筑如雨后春笋般拔地而起。多年来，自然灾害的频繁出现，使得国家对其防治工作力度逐年增强 ，而出现在现实生活中大部分灾害都与建筑物变形有关联，如山体滑坡、尾矿滑坡、建（构）筑物坍塌等，都是突出的变形现象。所以，通过对各种有变形可能的物体进行监测来预防事故的发生特别重要。现如今，形变观测主要涉及地壳变形、库区工程、水利工程大坝、高层建筑及桥梁等多个范畴。监测物体变形的技术已显现出多项科学技术纵横交错发展的态势。

1 变形体变形及变形监测

1.1 变形体变形

变形体变形是指变形体在各种外界因素的影响下，在时间域和空间域内可以发现其形状、大小及位置发生改变，超出了它一定的许可限差范围。这样的话可能会发生滑坡、岩崩、泥石流等自然灾害。

变形监测就是利用测量设备对设定在变形体上的测量点进行实时或者周期性的监测，以确定变形体在时空中的变化。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。

1.2 变形监测方式

变形监测的方法应根据变形体的具体特征而定。也可以同时采用多种方法同时进行监测。

水平位移监测：极坐标法、交会法、GPS法、正倒垂线法、视准线法等。

垂直位移监测：水准测量、电磁波测距三角高程测量等。

三维位移监测：全站仪自动跟踪测量法、GPS-RTK法、摄影测量法等。

建筑物主体倾斜：激光准直法、利用经纬仪投点、差异沉降法、垂直线法等。

2 建筑物变形监测的精度要求及周期确定

2.1 变形监测的精度控制

各类工程建筑物变形观测的控制精度，要以有效的发现变形为原则，以不掩盖变形为准绳。不认真负责的草率作业是不行的，一味地追求高精度是没必要的。特别重要的建（构）筑物，在设计工程的同时，要统筹安排出对于变形观测的内容和范围，并由相关单位详尽制定出本工程监测方案。第一次观测，要认真仔细记录监测体初始状态的各种数据。

变形监测网的各种点，可分为变形观测点、基准点、工作基点。在布置它们时要符合以下相关要求：

基准点：比较大型的工程项目，应采用带有强制归心装置的观测墩来作为水平位移基准点，采用双金属标或钢管标作为垂直位移基准点。要在变形影响区域之外寻找稳固可靠的位置来布设，每个工程最少要保证有3个基准点。

工作基点：用带有强制归心装置的观测墩作为大型工程施工区域内的水平位移监测工作基点，用钢管标作为垂直位移监测工作基点。点位应选在方便使用而且比较稳定的位置。对于小型工程来说，如果通视条件较好的，可以不用设置工作基点，在基准点上直接观测变形监测点就可以了。

变形观测点：在能体现变形体变形特征的位置上或监测断面上设立的点。

2.2 变形监测的周期确定

关于变形监测周期的确定，一般情况下，观测的次数和时间间隔的选择，要既能体现出变化的过程，又不漏掉变化的时间。这个可根据观测的具体对象、变形的速度以及变形量的大小等因素决定。一般在工程施工的时候与工程完工初期，时间段要短些，可有一周、两周等。工程完工投产后，可有30天、60天、半年等，不过，遇有特殊情况，要及时进行观测。

3 利用GPS技术进行变形监测可行性研究

测试工作在单位园区内的1号办公大楼与GPS卫星跟踪站之间进行。在试验时要求始终保持固定不动GPS跟踪站上的接收机天线，在1号办公大楼楼顶安置一个活动的仪器平台， GPS接收机天线安置在上面。在设置两个互相垂直的导轨，平台可以在上面移动，通过平台上的测微器可以精确测定平台的移动量，所以可将天线的位移量看作已知数值。接下来利用GPS测量数据结果与该位移值进行对比，来校核其精度，以此来判定利用GPS监测变形体的监测能力。具体在试验操作过程时移动一次平台的间隔为5小时左右。并分别计算了5小时解、2小时解和1小时解，各时间段分别进行了10组，其边长监测测试结果见表1。

上诉数据是用一个基准点来进行观测的，如果想进一步提高监测精度，可以采用两个基准点，本次试验的结果表明，只要采取相应的办法，使用GPS测量技术进行工程变形监测是可以的。

4 GPS技术用于变形监测的利弊分析及前景展望

4.1 GPS技术监测工程变形的优点

①不用保持测站间的通视。因为GPS定位时无须保持测站间的通视，可以不用较多中间的传递环节，从而节约很多经费。只需测站上空开阔即可，点位位置可根据需要，稀密自定，从而可使变形监测网的布设更为自由、方便。

②观测时间不受限。GPS测量不受阴天、黑夜、起雾、雨雪、刮风等气候条件的限制，在这些环境中仍能进行正常观测。这对于变形监测尤为重要。降雨是诱发边坡变形的主要原因之一，传统方法在雨天很难观测，无法做到及时监测边坡的位移。

4.2 使用GPS定位技术进行工程变形监测的不足之处

①点位选择的空间相对狭小。在GPS测量规范中对测站的选择做出了一系列的规定，是为了保证GPS的定位控制精度和工作正常进行，但在变形监测中上述要求往往难以满足，因此可以调节的余地很小。

②从全局角度上来看观测条件不是很理想。例如水库库区的大坝监测以及矿山尾矿库初期坝监测的时候，观测视场一般很狭窄，也会遇到大量卫星被遮挡导致图形强度不好的情况。如在城市里监测，建筑物密度大，影响卫星信号的接收。

5 结论

GPS测量技术具备以下主要优点：连续并实时、全天不分时间段、精度高、高水平自动化，应用于变形监测方面是非常可行的。GPS测量 技术应用于变形监测，针对不同的监测对象和监测目的是总的发展趋势，监测分析系统要求研究建立技术超前并且实用。关键部分是在线实时，但是，需要注意的是在某些特定环境中，由于存在许多客观因素，致使 GPS 所观测成果数据精度不高或者不能测量，这种情况下就需要跟其他测量方法联手作业，来完成测量工作。例如摄影测量、GIS、RS等。

参 考 文 献

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