GPS定位技术在变形监测中的应用

林　苗

GPS定位技术在变形监测中的应用

林苗

由于GPS技术具有精确、实时、快速等特点，并可向用户24 h提供精确的三维速度、坐标以及时间信息等参数，当前已于路桥、地面沉降、滑坡、大坝等变形监测中普遍使用，可以极大程度地降低事故发生率。笔者将从GPS技术在变形监测中的优势着手，探析其于变形监测中的具体应用，以供同行参考。

GPS定位技术；变形监测；应用

变形监测也叫做变形观测或变形测量，主要采用测量仪器以及其他专用仪器与方法来对变形体位置、大小、空间状态、形状以及时间信息予以明确。其监测对象涵盖面非常广，大至地表，小至各类建筑物，只要是与生产、生活有关的实物对象均可以成为其监测对象。总的来说，形体自身的内在因素与外在因素是导致其发生变形的重要原因。内在因素包含了设计不科学、质量不达标、作业方式错误等；外在因素包括地下水位、风力大小、动荷载等。形体变形原因正确辨析与否，将会直接影响着后续变形监测方案以及后期数据研究与处理的质量，因此，应对其予以充分重视。

1　在变形监测中应用GPS技术的优势

GPS又称为全球卫星定位系统，凭借其精准的定位能力以及强大的监测功能，在我国测量技术中得到了广泛的应用。受益于我国市场经济飞速增长，我国建筑行业也呈现了蓬勃发展态势，然而各项基础设施使用时间逐渐增长，各类建筑无可避免地会发生变形，如果不及时发现，将会产生严重的安全隐患，对社会造成极大负面影响。所以，变形监测工作不容忽视。在变形监测中，GPS技术优势主要如下。

1.1监测效率高

由于GPS定位是由高到低，所以不用考虑通视问题，极大程度地省去了中间传递过渡点，并可以自由地布设变形监测网，有效提高了监测效率。

1.2实现监测系统自动化

因为GPS接收机能够自动完成数据收集工作，并预设重要端口，所以可将GPS变形监测系统建立成为自动化监测系统，从而使得数据采集、处理、传送、分析、报警、入库等一系列工作可以实现自动化运行。这在一定程度上减少了人工处理的环节，大大减少由于人为因素而造成的误差，从而能有效提升监测数据的准确性。

1.3可同时提供监测点三维位移数据

在以往变形监测方法中，往往需要采取不一样的方法来分别检测垂直位移与平面位移的信息，这极大的增加了工作量，延长了监测周期，加大了变形分析难度。而GPS具有极强的自动化测量能力，可以同时准确地测量出监测点三维位移数据。

1.4可全天候作业

由于GPS的独特性，其测量作业不会受到气候条件的影响，装配防雷设施后，即可全天候、全方位地进行观察作业。对于洪涝、地质塌陷等一系列灾害事故监测来说具有极其关键作用。

2　GPS定位技术在变形监测中的具体应用

2.1GPS变形监测模式

2.1.1周期性变形监测

该监测模式的使用频率极高，对测点相对位置进行周期性测量，并对两个测量周期的位置变化情况进行计算从而达到测定变形的目的。通常情况下，采取静态相对定位的方法来取得基线向量，接着通过网平差来控制与分析观测的质量，从而得到监测点准确坐标，最终通过统计检验方法来判定这两个周期测量所得坐标差是不是变形量。

2.1.2连续性变形监测

该方式是通过固定预期来长期地收集数据，以形成变形数据序列。虽然该方式是重复对测点进行观测，但该方式观测到的数据具有连续、高时间分辨率的特点。其可依据变形体特点，来选用动态相对定位或静态相对定位的数据处理方式来观测变形体。

2.1.3动态监测

在传统的变形监测中，多数是采用激光干涉仪、加速度计来对建筑结构的振动特性进行测定。但随着建筑高度逐渐上升，其对变形监测工作也有了更大地挑战。GPS定位技术凭借其优秀的软硬件功能成为了动态变形监测的重要手段。尤其是GPS接收机具有极高的采样率，在监测大型结构的动态特性中已获得了卓越的成效，并逐渐得到普及使用。例如，于强风状态中，选用GPS技术测量加拿大Calgary塔结构动态变形、选用GPS来测量深圳地王大厦风力振动特性等。

2.2GPS在变形监测中的测量方法

①由于GPS监测对象与要求均各不相同，所以其测量方法可以归纳为三种：静态、快速静态以及动态测量。静态测量法与动态测量法均有着各自的优点与缺点，在实际测量当中应根据具体需求来选择最佳的测量方法。通常情况下，监测网、基准网边长＜10 km时应选用静态测量法，设置GPS接收机≥3台，进行同步观测，测量时间控制1～2 h内，每隔10 s进行一次采样，其水平精度＜3 mm，垂直精度小于5 mm；测量监测网，应选用快速静态测量法，设置GPS接收机2台，进行同步观测，时间＞5 min且＜10 min，每2 s进行一次采样，其水平精度＜5 mm，垂直精度＜8 mm；监测桥梁或进行低精度监测时，可选用动态测量法，设GPS接收机置1台，于各个监测点进行流动观测，每1S采样一次，其精度可达1～2 cm。

②GPS变形监测网的设计。首先，保证GPS变形监测满足相关测量规范的要求，并且根据有关规范来划分其等级与精度。其次，应确定GPS变形监测网将选用基准，也就是起算数据与坐标系统。通常情况下，其坐标系统可选用WGS-84坐标系，也可选用国家或是地方独立坐标系。如若起算点，误差大于或等于5 m，则其对基线矢量的影响则将达到10～6 m。然而由于受到电磁波传播误差或卫星星历误差的影响，GPS单点定位的误差无法控制在5 m以下，所以，设计GPS监测网基准点，应与监测区临近高精度国家GPS点进行联测。如若没法与高精度国家GPS点进行联测，则应以初始坐标作为基准点，对GPS观测数据进行处理，其坐标系依旧是WGS-84坐标系。

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［4］ 张雷潭.浅析GPS定位技术在变形监测中的应用［J］. 内蒙古科技与经济，2010（4） .

江苏省建苑岩土工程勘测有限公司苏州分公司

江苏苏州215129

Application of GPS positioning technology in deformation monitoring

Lin Miao

With characteristic of accuracy，real-time，fast，the GPS technology can provide parameters，including accurate 3D velocity，coordinate and time for 24 h，which currently has been widely applied in deformation monitoring of roads and bridges，ground subsidence，landslide，dam etc. It can greatly reduce the accident. The article will analyze the application of GPS in deformation monitoring based on the advantages of GPS.

GPS positioning technology；deformation monitoring；application

TU 75

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