北斗高精度城市高层建筑自动监测系统应用

高琴

摘要：北斗卫星导航系统投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。因为它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果，在精密工程变形监测中也逐步得到广泛的应用。本系统将基于北斗高精度安全监测系统，对城市高层建筑进行监测，实现实时、全天候监测、定时上传、数据自动化采集、计算、存储，提供毫米级精度绝对坐标，自动预警报警，远程监测等功能。

关键词：北斗卫星导航系统；变形监测

1前言

高层建筑在运营期间会受到风力、温度以及突发的自然灾害等外界因素的影响，同时，也会受到钢筋松弛、墙体锈蚀、地基沉降等内在因素的影响。在内外因素的影响之下，将产生几何变化、内力变化和索力变化等各种效应。如果这些变化过大，超过了地基或钢体能够承受的安全范围，将会产生灾难性的后果。

为此，本系统将基于北斗高精度安全监测系统，对高层建筑进行监测。监测内容为：对浙江省诸暨市50栋高层房屋进行监测，将集成倾斜仪、裂缝计等设备，实现多维、立体式的监测，并实现报警、展示、巡检等功能。基于北斗卫星的高精度安全实时自动监测平台，创新高层建筑安全管理模式。

2系统解决方案

2.1技术原理

系统采用北斗高精度连续观测技术，在待监测点安装高精度监测终端，通过相对定位方法，如果A和B两点在同一时段内观测了相同的一组卫星（至少四颗）。而且A是一个已知点，通过服务平台解算，把原始改正信息传到B点，那么B点的位置就能达到静态毫米级精度。系统集成三维建模技术，实时动态监测高层建筑物的倾角、扭矩等，并且通过连续观测，监测沉降及位移等参数，同时可以兼容温度、湿度、扰度、加速度传感器、倾斜仪等传统传感器实现多维度的安全监测，打造高层建筑健康监测系统。

2.2系统介绍

系统聚焦住建部对超高层建筑形变监测的要求以及当前桥梁、大坝、危房等建筑的安全监测需求，与武汉大學地球物理研究所共同开发高层建筑、大坝、边坡等典型监测目标进行物理形变建模，同时开发手机APP客户端，可对监测物进行动态安全监测与实时预警服务，集成三维建模及GIs技术，提供三维可视化服务，并开创了联合保险公司以安全监测险的方式共同提供服务的商业模式。系统整体结构简单、层次清晰、功能明确，系统由：

①数据采集子系统：

②数据处理子系统：

③评估分析子系统：

④预警监测系统四大系统组成，

2.3硬件配置

1）接收机：

2）北斗高精度三防手机；

3）高精度形变监测终端。

2.4软件系统

北斗高层建筑自动监测系统是面向北斗形变监测综合应用的专业化综合应用系统，软件系统主要包括三个子系统，包括：

1）数据采集子系统：

2）高精度形变监测数据处理系统：

3）基于互联网的形变数据预警发布系统：

高精度北斗高层建筑监测系统目标明确、结构简单、流程清晰、功能完备，解决方案因地制宜、具有鲜明的针对性，系统设计时在确保监测功能及精度性能的前提下，能充分考虑工程的实际条件并兼顾工程投资的经济性，合理设计系统结构，科学配置系统单元，最大程度实现系统要求与目标。在对建筑物进行三维模型构建的基础上，实现对超高层建筑进行实时监测，获取建筑物当日最大振幅，各方向偏移量、倾斜、沉降、摆动等信息，实现超高层建筑的日常监护及紧急情况下的预警。

3关键技术和创新点

1）开发服务平台和手机、平板等客户服务端，通过微信、电话等方式实时发布预警信息，提高安全预警的时效性。

2）高频多模GNSS高精度、实时动态监测。相比现有采用静态精密相对定位的GPS监测技术，本项目研发无参考瞬时速度精密确定技术，从而更加有利于对于突发型沉降及形变的实时监测及预警。而现有技术由某时间段内累计位移推导平均速度，通常测量的时间段较长，无法体现出瞬间的变化特性，不适用于对临变型的监测。

3）定速一高精度定位分段数据处理模式：即在GNSS监测数据处理过程中，先应用单点实时定速技术进行瞬时速度计算，定速精度在2mm/s以内，以确定参考站点和监测点在数据时间段内的稳定性：然后在参考站和监测点都处于稳定状态下，应用长时间段的精密相对定位技术进行毫米一亚毫米级精密位置估计，再计算监测点累积位移量和相对位移量。

4）选择支持多模（BDS/GPS/GLONASS）的高精度卫星导航模块，保证在城市、矿区、峡谷等常见环境中可观测到的卫星数量和几何图形分布，相比既往部署的单GPS系统在定位精度、可靠性上会有很大的提高。

4布设方案

在浙江省诸暨市危房监测一期项目中，已完成50栋房屋的200套终端安装，同时在项目部楼顶布设5个固定基站。

总结：北斗高层建筑自动监测系统采用自主知识产权变形监测系统软件平台及硬件传感器和监测终端，基于互联网/移动通讯技术等，提供高层建筑运营期健康监测系统解决方案。同时可广泛应用于滑坡地质灾害监测、矿山边坡变形监测、水库大坝变形监测、堤防渠道变形监测、深基坑及周边影响区变形监测、高铁桥梁及大型场馆健康监测等领域。endprint