基于GPS技术的高层建筑变形监测

唐富川++杜浩强

摘要：GPS技术具有连续性、实时性和高精度等特点，它能够实现全天候监测，在很大程度上提高了监测的自动化水平，其所具有的这些优点使它在变形监测中被广泛应用，并且发挥着积极的作用。从GPS变形监测技术出发，分析其监测数据的处理方式，并探讨其在高层建筑变形监测中的具体应用。

关键词：GPS技术；高层建筑；变形监测；数据

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0128－02

社会经济的发展推动了城市化的进程，但同时带来的是城市用地的减少和高层建筑物的发展。在建筑技术不断发展的背景下，高层建筑物的结构形式复杂多样，施工工艺的改进使其对建筑物变形监测的要求也在不断提高。高层建筑物结构形式的复杂化使得建筑物变形监测环境更为复杂，所以，对监测精度和监测效率等就有更高的标准。仅仅利用传统的监测方法已经无法满足对高层建筑变形监测的要求，GPS技术因其高速、全天候和自动化等特点在该领域被广泛应用。

1GPS变形监测技术简析

在建筑物的变形监测中，一般采用的是水准测量方法，以测量数据来监测地基沉降等情况，并综合应用三角测量的方式来确定地基整体的位移或倾斜角度等。但是，受被监测物体体积和几何结构等的影响，监测工作的环境比较复杂，对监测技术的要求也比较高，在这种情况下，应用常规的监测技术会耗费较长的时间，并且其工作强度也比较大，无法实现监测的自动化和实时性。GPS技术的应用能够克服运用传统技术时存在的一些困难，实现全天候观测，并且在监测过程中无需建立通视，对水平位移的观测精度也是比较大的，能够将观测误差控制在较小的范围内。

1.1GPS技术变形监测模式

GPS技术应用于变形监测的模式主要有周期性和连续性两种，可以根据被监测物体的变形情况来选择适宜的监测方式。在建筑物的变形速率较缓慢，并且局部时间在空间区域内能够被认定是不动的情况下，便可以通过周期性监测来完成相关监测工作。这种检测频率可以根据建筑物和周围环境等情况综合考虑，可以隔几个月监测或每年监测等。连续性监测所使用的是一种固定的监测仪器，需要通过长期监测来获取相关数据，从而形成一个变形数据系列。这种监测数据具有连续性，因为它具有较好的时间分辨率。

一般情况下，在周期性的变形监测中，所使用的是静态的相对定位测量方式，而连续性的监测在自动化要求比较高的情况下应用较多。对数据的处理有静态相对定位和动态相对定位两种，高层建筑物的变形监测更多的是一种动态的监测形式，所以，对实时性和连续性等的要求比较高。通过GPS应用来实现一种连续的监测，能够实现全天候的连续观测，综合使用监测、监控和决策等来实现对建筑物远距离监测的控制。但是，在实践中，该模式要在GPS接受设备固定点、变形点上来完成监测工作，其建设的成本相对较高。为了更好地实现GPS对高层建筑物变形监测的作用，可以利用天线和微波通道开关等形式来降低其建设成本，构建一个完整的监测体系，实现对高层建筑物变形特点和相关数据的有效监测。

1.2GPS技术变形监测的方法

将GPS技术应用于变形监测中，其测量方法主要有静态测量、快速测量和动态测量等三种方式，现主要对其中的两种方式作基本阐述。快速静态测量方法是对监测点进行监测的有效测量方式，其应用的基本原理是将2台GPS接收机安装于基准点上，完成固定连续监测工作，再由另外几台接收机在监测点上进行移动监测，并合理控制观测时间，对检测数据进行后续处理，结算出各监测点的三维坐标，提高计算的精准度。高层建筑物变形检测中的动态测量方法是将3台以上的接收机同时放置在观测点上，完成一段时间内的同步观测，综合应用连接方式来构建完整的网络，通过计算机软件完成相关基线的计算等，并且计算出观测点的坐标。这样的测量方式具有高精度定位的特点，而且它比较适用于长边的监测中。动态测量法有准动态测量和实时动态测量两种，前者是在基准站安置1个GPS接收机来实现连续的观测，并通过无线电设备将数据传输到两外的接收机上，实现对观测数据的接收和分析等。这在很大程度上提高了高层变形监测的准确性和有效性，为变形预防系统的建立和预防措施的完善提供了重要依据。

对GPS技术所获取的各种监测数据的处理和分析有基线解算和网平差两个阶段的。前者在数据处理时所使用的是GAMIT，TGO或是Bernese软件和IGS精密星历等技术手段，这能够在很大程度上提高计算的精确度，保证监测数据处理的有效性。平差计算则是应用Power ADJ等软件。对GPS高精度数据进行处理，先要在对原始数据处理的基础上获得同步观测的基线解，然后再对其进行整体平差的详细分析，从而获得整体的解。数据处理软件的应用重点在于对同步网基线的处理，在网平差分析上，尤其是对子系统的误差分析等都缺乏有效的处理方式。在对数据进行网平差处理时，先提取相应的基线向量，以此来构建GPS的基线向量网，并进行GPS三维无约束的平差，然后进行平差或联合平差的处理，最后对相关数据进行质量分析和控制，以实现平差处理的目标。

2GPS技术在高层建筑变形监测中的应用

在高层建筑物变形监测中，GPS技术因其高效性和实时性等特点被广泛应用，而在具体的应用中，主要有准动态特征监测和实时动态监测等技术方式。

高层建筑物的准动态监测是比较重要的一项工作，通过整体变形模型的应用和对观测数据的获取、分析来准确地反映建筑物整体的动态特征。通过数据分析能够发现，建筑物可能发生的沉降和水平位移或是倾斜等变形现象，以监测面姿态变化的形式表现出来。通过监测面刚性运动状态的刻画等模型应用更好地对建筑物整体变形状态进行描述，从而发现一些潜在的变形影响因素。在应用中，选择适宜的点来安置监测设备，并对监测面进行合理的规划、设计，建立完善的工程施工坐标系，使其能够更好地获取相关数据，确保变形监测的有效性。

实时动态监测是高层建筑物变形监测中应用较多的另一种技术。该种技术的应用对变形监测的安全运营和相关维护、设计等都有着重要的影响。这种实时监测技术的应用能够对地震、台风等自然灾害的影响进行实时、有效的动态监测。通过对建