GPS技术在建筑物变形观测中的应用

　　下面文章主要通过实践证明，GPS定位技术是一种值得采用的有效方法，能迅速提高大型建筑物变形监测的监测效率。由于GPS定位技术能够实现实时、全方位、高精度的三维空间定位能力，且受外部环境影响较小，因此在测绘工作领域得到了广泛的应用和研究，特别是在大型建筑的变形监测方面，逐渐受到人们的重视和应用。

　　关键词：建筑物,GPS技术,变形观测

　　建筑变形监测是对建筑变形的及时、准确的监测，为掌握建筑物的稳定性和安全运行的诊断提供必要的信息，便于及时发现问题并采取措施。通过对建筑变形的实际监测现象和数据，了解建筑变形的原因，改进工程设计理论，对建筑设计进行反馈，建立有效的变形预测数据库。改革开放30年来，中国建设了大量的水利、工业、交通、城市高层建筑和许多地下空间工程设施，安装了一批大型精密机械设备和科学实验设备以确保其安全可靠的运行，造福人民。

　　1建筑物变形监测内容及现状

　　在运行过程中，建筑物由于受到各种因素的影响，会出现一定的变形。变形在允许的限度内，是正常现象;但如果变形程度严重，会影响建筑物的正常使用，危及建筑物的安全，甚至可能造成建筑物倒塌等严重事故，对人民的生命财产造成严重损失。因此，在工程建筑的施工和运行过程中必须进行安全监测，即建筑物的变形监测。变形监测的主要内容包括：垂直位移监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测、摆动监测和旋转监测。

　　建筑物的变形监测具有监测时间长的特点，需要反复监测，测量仪器和成果的精度要求高，数据处理要求严格，不同工程的特点不同。一般地说，建筑物变形观测的基本观测点应设置三种测量点，即基准点、工作点和观察点，应在结构和基础上选择一定数量的有代表性的观察点。目前，我国对建筑物变形监测的关注还不够，设计部门在设计图纸时，对变形监测没有提出明确的要求和标签，观测点也没有按照规定制定和实施。

　　2GPS定位技术概述及其特点

　　GPS的全称是全球定位系统，是一种具有全定向、实时、高精度三维导航定位功能的卫星导航和定位系统。GPS定位技术，以其全天候、高效率、低要求的优势，在各行各业应用率较高，得到用户的认可和广泛应用。特别是在大型建筑物变形监测中，避免了传统的常规测量技术必须要求能见度、多站误差的累积性，测量精度受到环境影响比较大的不足，显示出其无可比拟的优势。GPS系统具有全覆盖连续导航定位、高精度三维定位、实时导航定位、被动全天候导航定位、抗干扰性能好、保密性强等特点。

　　相比于传统的常规水平比观测方法和沉降位移变形监测法，GPS技术更适合应用于大型建筑物的变形监测。传统的常规变形监测技术在理论和技术水平上都非常成熟，但由于其工作量大，监测周期长，无法实现实时动态监测，运行成本高，效率低，使其开发空间和市场将越来越小。GPS定位技术利用其可实时、动态、连续的观测精度优势，正在逐步取代部分传统的变形监测技术，并随着科技的进步，早期部分投入成本较高、信号差和低精度的缺点将被逐一克服，这将大大提高GPS应用于变形监测的效率和精度。

　　3GPS定位系统在建筑物变形监测工作中的应用

　　GPS定位系统可以监控三维位置、速度和准确时间。由于其三维定位精度较高，逐渐成为一种非常有效、常用的建筑变形监测方法。

　　(1)GPS静态绝对定位法经过10多年的研究发展，其绝对定位处理系统已基本成熟。很多建筑物其变形过程是非常缓慢的，有的几个月，有的几年甚至几十年，在一定的相对时期内，可以认为它是稳定的，传统的监测技术对这种建筑物变形监测通常需要浪费大量的人力物力，以及大量的时间。GPS静态绝对定位法，是在接收机天线处于静止状态下，确定测站的三维地心坐标，它定位所依据的观测量，是根据相关测距原理测定的卫星与测站之间的微距。

　　(2)GPS定位系统也广泛应用于高层建筑的变形监测。传统的监测方法有悬索线下降法、激光铅法、经纬仪交叉观测法等。在实际观测工作中，受环境气象因素和建筑本身高度的影响较大，人为因素也占很大比例。通过建设基准站和移动站，GPS定位系统将得到接收到的GPS信号的差分改正数和已知点的坐标，并发送到移动站，移动站将纠正数据并将其传送到监控中心。这种监测方法人工干预较少，整个过程中数据自动处理，减少了人为造成的误差，大大减少了工作量，使监测数据更加准确。

　　(3)传统的测量建筑物水平和垂直位移的方法通常是三角测量或水平交会测量。由于这些传统的测量方法是在外部环境进行的，而且大部分建筑工地环境复杂，各种仪器和设备的施工过程都缺乏足够的能见度，这些因素进一步加剧了常规变形监测工作的难度，难以实现对大型建筑物水平或沉降位移的实时监测，给建筑物安全运行带来了隐患。然而，GPS定位技术的应用可以很好地解决这一问题，其定位精度也在逐步提高。

　　例如，沉降位移监测可以获得不超过±10mm的精度，水平位移观测可以达到小于±2mm的精度。目前一些项目利用GPS技术实现了对大型建筑物水平和垂直位移的精确实时监测，建立了能够进行实时数据采集、处理、分析、存储管理、预测的建筑物变形监测系统，能够对水平和垂直位移变形数据自动采集、处理、分析，并根据预置的变形阈值报警，实现对大型建筑物变形的自动监测和预警。

　　4GPS定位技术在某大型建筑变形监测中的应用实例

　　案例项目是一座100m高的住宅建筑。在重力、风力等外力作用下，建筑的水平方向容易偏移、倾斜、沉降、开裂等问题，严重影响建筑物的安全使用和使用寿命。因此，在主体结构的施工过程中，不仅需要准确地确定承载结构的安装位置和垂直度，而且要全过程监控建筑物的变形，并确定实时位移和垂直度，为建筑物的顺利施工、竣工及运行提供安全保障。首先，工程人员使用徕卡GX1230GPS接收机对公司顶层平台的建筑变形监测系统进行测试，数据处理软件采用徕卡地理办公组合软件。在楼顶控制点安装GPS接收机，在项目运行过程中GPS接收机固定。

　　此外，GPS接收器天线被放置在一个平台的顶部，可以在东、西、北和南四个方向移动。该平台具有测微仪，可准确测定天线的位移，精度可达0.1mm。可以认为，天线的运动量是已知的。GPS定位结果每5h、2h、1h测量一次，每组进行10次，应用该软件进行处理后，计算三组GPS测量天线的偏移量。通过计算结果可以看出，测量角度误差变化在5h、2h和1h时分别达到±0.4mm，±0.6mm和±1.0mm，可以满足国家规范的要求。

　　5结语

　　由于建筑传统的变形监测方法往往受到外部环境的较大影响，且大型建筑施工现场环境复杂，监测点之间的视觉环境不佳，进一步加重了变形监测的难度和工作量。随着GPS定位技术的迅速发展，其在大型建筑变形监测中的应用已为从业人员所认识，其精度也逐渐接近于传统的常规测量方法，甚至在某些领域也优于传统的测量技术，而GPS技术具有全天候、动化程度高、实时、高精度、动态、自不受能见度条件影响等优点，在建筑变形监测领域逐步取得长足进展，其精度也逐渐达到了相应措施的要求，具有广泛的应用前景。

　　参考文献

　　[1]宋宜容，陈广峰.GPS应用于建筑物变形观测的探讨与展望[J].测绘通报，2008，2008(6)：69~71.

　　[2]陈红卫，吴华峰，安丹丹.对GPS在高层建筑变形监测中应用的探讨[J].商品与质量：建筑与发展，2012(4)：29~30.

　　[3]程卫东.GPS在建筑物变形监测中应用的探讨[J].城市道桥与防洪，2010(11)：100~102.

　　测绘工程师投稿期刊：《测绘科学技术学报》(双月刊)(原《解放军测绘学院学报、测绘学院学报》)1984年创刊，是由中国人民解放军信息工程大学主管、信息工程大学测绘学院主办的测绘科学学术刊物，双月刊。