GPS在高层建筑变形监测中的应用

2015-04-17郭梁

江西测绘 2015年4期

关键词：变形监测高层建筑应用

郭梁

（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队　江西上饶　334000）

GPS在高层建筑变形监测中的应用

郭梁

（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队江西上饶334000）

摘要：随着我国社会经济的迅速发展，工程建设已经成为促进我国经济发展的重要组成部分，为了适应人们的个性化需求，高层建筑成了目前工程建设项目的主流趋势。运用GPS技术的特点，介绍GPS在高层建筑变形监测中的应用。

关键词：GPS；高层建筑；变形监测；应用

随着我国建筑工程建设的持续发展，我国的高层建筑已经成为建筑项目的主流。由于高层建筑形体的特殊性，因此，针对高层建筑的施工工艺也在不断的改进，高层建筑中的变形监测显得尤为重要。但是由于高层建筑的结构有一定的复杂性，这种复杂性造成了高层建筑的变形监测有一定的难度，因此，在这个背景下，积极运用各种高科技技术来对高层建筑进行变形监测是十分有必要的。GPS技术的中文全称为全球定位系统，这个技术的突出特点是速度快，并且具有全天性而且自动化程度高，GPS技术可以同时测量定点的三维坐标，测量的精度高，因此，在我国高层建筑的测量上有着很广泛的应用。我国传统的检测技术是基于应用水准的一种变形监测方法，主要是应用于测量地基的沉降，并且利用三角测量的方法来监测建筑地基的移动以及建筑的整体倾斜度。但是，从高层建筑的建筑情况来看，变形监测的环境比较复杂，并且作业员劳动强度大，因此很难实现自动化监测的目标。但是，通过GPS进行水平位移的观测，可以获得误差小于2mm的矢量。因此，笔者在本文重点分析了GPS在高层建筑的变形监测中的应用，对高层建筑的变形监测有参考价值。

1　GPS技术的监测模式

1.1周期性监测模式

利用GPS技术进行监测的模式可以依据行变体的变形速度来确定，对于那些速度比较慢的，并且在局部的空间以及时间领域都可以保持稳定状态下的建筑，可以使用 GPS技术进行变形监控，同时作业员可以根据实际情况来设置监测的频率。当采用GPS的静态定位法对建筑物进行测量时，可以通过在固定的观测点放置至少2台以上的GPS接收机来实现同步检测，这种方法需要频率较高的监测方式，从而达到精度为10-9的状态。

1.2连续性监测模式

从连续性监测模式的定义来看，是指作业员通过固定的监测仪器进行对建筑物监控数据的采集，从而得到一系列高层建筑物变形的数据。由于监控数据是连续不断的，因此，对于不同的时间段，分辨率也是比较高的。同时受连续性监测模式的影响，主要可以通过静态相对定位以及动态相对定位的方式来对高层建筑进行变形监测，从目前GPS技术的监测精度来看，已经达到了亚毫米的等级水平。

2　GPS技术应用于高层建筑变形监测的优势

2.1自动化水平高

从GPS技术在变形监测的自动化水平来看，在利用GPS技术进行高层建筑的变形监测时，只需要一名作业员将天线安置在测量站上，并且测量天线的高度，并且接通电源，启动GPS接收机，监控仪器随即开始工作。在变性工作结束之后，作业员仅需要关闭电源，将接收机回收，高层建筑逇变形监测数据就可以直接进行采集。

2.2精度高

从接收机与高层建筑的设置距离来看，距离小于15千米的检监测精度可以达到毫米的程度，对于10千米以上的距离，精度可以达到10-7的程度。对于高层建筑的变形监测，通过作业员高准确度的观测措施以及数据处理软件，高层建筑的变形监测数据可以达到亚毫米级，并且高程的精度可以达到1mm左右。

2.3误差小

利用GPS技术进行高层建筑的变形监测时，只要作业员在测量的过程中保持天线能够维持稳定状态，那么GPS接收机所接受的数据中的对中误差以及定向误差都不会影响最终对高层建筑的监测结果。

2.4前景广

随着全球GPS技术的逐渐发展和普及，该技术的自动化水平高、精度高以及误差小等优势都决定了GPS技术在全球的应用范围会越来越广，GPS技术的运用使得高层建筑的变形监测效率得以显著的提高，在很大程度上都节省了建筑施工单位的成本以及时间。

3　GPS在高层建筑变形监测中的应用

3.1准动态状态下的变形监测

针对高层建筑的变形检测中，在准动态状态下的监测是十分重要的。因此，在进行变形监测过程中，需要利用该高层建筑的形变模型，从而通过多个时间段的数据监控的方式，对高层建筑在准动态情况下进行数据监测，从而可以得出高层建筑的整体形变。举例来说，哈市道里区民生尚都C区总共有32层，并且高度为110米，距离该栋建筑物场地的400米位置有一个三等水平的水准点，因此，在进行变形监测时，作业员可以将这个水准点作为自己监测的监测点，并且在高层建筑物的附近大街上的空地上设定一个水准基点，可以将其命名为A，另外将这个水准基点A作为基础侧面B的高程基准，在设立水准基点A时，这个基点需要具备方便观测并且容易保存的特点，并且这个基点的位置需要在该高层建筑的形变影响范围之外。利用GPS技术在该高层建筑的附近寻找一个观测条件相对较高的观测地作为测量的基准点，同时将其作为变形监测的基准站以及参考站，可以将其命名为C和D。在设立完毕之后，要在该高层建筑的一楼的主要砼柱上设置20个不同的监测点，从而形成一个基础的监测面E，这个监测面的主要作用是为了监测大楼是否发生移动的现象。在完成这部分工作之后，作业员需要在该高层建筑的楼顶扇设置4个不同的GPS监测点，从而形成一个整体的监测面即F，作业员通过对F监测面的运动状态来研究该高层建筑的准动态状态。

在利用GPS技术进行监测时，监测人员需要利用静态测量的模式来对高层建筑物进行监测，同时也可以使用双频接收机来使得监测的结果更加精准，在监测时段的设置上可以选择30分钟或者120分钟的范围内，并且作业员需要使用独立的坐标系统来满足高层建筑变形监测的需要。从整体的监测面E上，作业人员需要先计算出各个监测点的坐标值，并且将坐标值带入到高层建筑的形变模型中去，从而可以计算出整体监控面F的坐标值，最终通过计算得出该高层建筑的形变特征。在这个实例分析中，针对高层建筑的变形监测主要是依托于准动态特征，并且作业员通过分析所测量的数据，从而得出高层建筑物的形变的动态特征。

3.2实时动态状态下的变形监测

不同于准动态状态下的变形监测，由于高层建筑的特殊性，在各种自然灾害的影响下，实时动态特征下的变形监测对于高层建筑的运行和维护有着十分重要的作用。这种变形监测可以监测高层建筑物的相对位移以及建筑物的摆动频率。因此，利用GPS技术进行实时动态下的变形监测，可以深入了解高层建筑的变形特征，并且在受到地脉动以及缝在的影响下时自身的自振特性。在进行监测时，监测人员同样也需要使用双频的GPS信号接收机，并且将其放置于观测条件相对较好的地面监测位置，同时将其设置为基准站，；另一台GPS信号接收机则需要放置于离基准站大约300米出的空地上，并且将其设置为参考点，而第三台GPS信号接收机则需要放置在该高层建筑的楼顶空旷场地位置，并且作业人员需要确定其周围是否有干扰源，在确定无干扰源之后，将其作为监测点之一。在设置基准点以及监测点之后，作业人员在设置GPS接收机时，GPS的采样时间需要保持在1秒左右，并且GPS的观测时间也应该维持在1小时左右。通过将数据列入坐标轴中，可以通过数据分析出观测时间段内的曲线变化图，在经过数据分析之后，观测人员可以看出应用GPS技术于高层建筑的变形监测中，观测质量优良，数据比较精准。如果需要更高级别的数据分析，作业员可以通过频谱分析法来得出监测所需的三围数据的序列，这种三围数据序列可以帮助监测人员更准确地确定一定时间周期内监控数据的变化趋势。