GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

熊娜莎

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510731)

GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

熊娜莎

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510731)

在工程的變形監(jiān)測中分析GPS應(yīng)用情況以及GPS具有方便實(shí)用等特點(diǎn),GPS技術(shù)的應(yīng)用由于其受環(huán)境的局限性和測量工具使用不便等情況影響較小,從而在變形監(jiān)測的領(lǐng)域可大放手腳。由于GPS可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù),目前在各類變形監(jiān)測中已得到了廣泛的應(yīng)用。

GPS技術(shù) 變形監(jiān)測 應(yīng)用

1 GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

變形監(jiān)測又稱變形測量或變形觀測，其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。變形監(jiān)測技術(shù)包括常規(guī)大地測量技術(shù)、特殊變形測量技術(shù)、攝影測量技術(shù)和GPS技術(shù)。GPS技術(shù)經(jīng)過短短幾年的發(fā)展，觀測邊長已經(jīng)達(dá)到了10-8～10-9的相對精確度，在傳統(tǒng)的測量精確度上還提高了4個量級。GPS技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行全方位、全天化的定位監(jiān)測，同時提供高精度的三維坐標(biāo)定點(diǎn)，測站之間也不存在通視要求，所以現(xiàn)如今被廣泛應(yīng)用。在變形監(jiān)測上GPS主要被應(yīng)用于滑坡觀測、位移監(jiān)測等，在滑坡觀測中，用GPS觀測，能對滑坡的整體活動性進(jìn)行全方位的觀測。我國的變形監(jiān)測大多采取常規(guī)大地測量和特殊變形測量相結(jié)合的方式來完成任務(wù)的，但是由于其作業(yè)強(qiáng)度太大，在測量進(jìn)行的過程中又比較容易受到環(huán)境的影響，因此，效率較為低下。GPS應(yīng)用于工程變形監(jiān)測中不僅具有速度快、受外界的影響較小、精確度比較高以及自動化的程度比較高等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以對大型建筑物的各個被測點(diǎn)的三維移動變化進(jìn)行全天候的測量，GPS技術(shù)的出現(xiàn)為變形監(jiān)測注入了新鮮血液，當(dāng)我國的變形監(jiān)測還停留在常規(guī)大地測量與特殊變形測量相結(jié)合的技術(shù)層面上時，國外的變形監(jiān)測已經(jīng)進(jìn)入了GPS時代，在水庫大壩的外觀變形監(jiān)測工作中，GPS技術(shù)不僅可以滿足其精確度的要求，還能實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行自動化的監(jiān)測。地面、高層建筑物以及海上勘探平臺等沉陷方面也采用GPS的應(yīng)用監(jiān)測。

2 工程變形監(jiān)測中的GPS新技術(shù)設(shè)計

2.1 對基準(zhǔn)的設(shè)計

變形監(jiān)測不僅能監(jiān)視建(構(gòu))筑物的安全狀態(tài)，而且其結(jié)果也是對設(shè)計數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，同時起到反饋施工質(zhì)量的重要作用，為改進(jìn)設(shè)計和科學(xué)研究提供重要的資料和依據(jù)。在對國內(nèi)外變形監(jiān)測技術(shù)中GPS技術(shù)的應(yīng)用歷史和狀況有所了解后，對其當(dāng)下的應(yīng)用狀況和變形監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)際要求進(jìn)行推測，工程變形的監(jiān)測成果的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性是通過基準(zhǔn)設(shè)計來反映。傳統(tǒng)手段的變形監(jiān)測，通常受到環(huán)境、地形以及設(shè)備儀器等因素的影響比較大，GPS技術(shù)的應(yīng)用給測量技術(shù)帶來了一場深刻的革命。引進(jìn)GPS技術(shù)這種高精度儀器的應(yīng)用，輕易的就解決了監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)位置的設(shè)置，設(shè)置在變形區(qū)域外圍，保障了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2 對時段和周期的觀測設(shè)計

大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)對變形體的變形規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，更好的掌握變形機(jī)理，給出合理的物理解釋，建立有效的變形預(yù)報模型，是變形監(jiān)測的中心任務(wù)。能夠使得一些大型自然災(zāi)難發(fā)生的可能性分析和預(yù)測提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)根依據(jù)，這一點(diǎn)對于一些活躍期的斷層相對運(yùn)動和活躍階段的滑坡變形監(jiān)測具有重大意義。對時段和周期的觀測，把工程變形如緩慢長期的變化、快速持續(xù)的變化以及劇烈的變化等性質(zhì)結(jié)合整個工程進(jìn)行分析，得出科學(xué)合理的觀測周期，不僅有利于對監(jiān)測意圖的實(shí)現(xiàn)，還有利于對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。為安全性診斷提供必要的信息，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計的理論和地殼運(yùn)動的假說，進(jìn)行反饋設(shè)計以及建立有效的變形預(yù)報模型等。

2.3 對圖形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計

雖然GPS技術(shù)的應(yīng)用為變形監(jiān)測技術(shù)帶來了技術(shù)層面上的革新，然而在應(yīng)用的過程中，GPS技術(shù)還是存在著許多不盡人意的地方。在選擇圖形過程中，需要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)有效控制變形點(diǎn)的同時，也要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相互進(jìn)行檢校。圖形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計中的參數(shù)識別設(shè)計以及模型識別設(shè)計對變形模型有保障作用，利用這些資料首次建立了定量的中國大陸及其周圍地區(qū)地殼運(yùn)動的速度場，給出了中國大陸地殼水平運(yùn)動的基本特征，得到了中國地殼水平運(yùn)動呈現(xiàn)明顯的非均勻性。

3 GPS變形監(jiān)控實(shí)時分析系統(tǒng)的應(yīng)用

建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時分析系統(tǒng)對于大壩、大型橋梁、高層建(構(gòu))筑物、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測，研究建立技術(shù)先進(jìn)而又實(shí)用的GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時分析系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的靜態(tài)平差是把各期的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平差，解算時并不考慮相鄰兩期觀測數(shù)據(jù)之間的動態(tài)參數(shù)。變形監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建方面可以在研究的過程中試圖在了解到某項(xiàng)監(jiān)測任務(wù)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基本要求后，將GPS技術(shù)與其他變形監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，組建成一套綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)。由于建立連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大壩和滑坡等變形監(jiān)測，成本較為昂貴，因此，研究低成本的GPS一機(jī)多天線變形在線實(shí)時監(jiān)測分析系統(tǒng)也一個頗有實(shí)際意義的研究方向。而對于不同的變形體和不同的監(jiān)測環(huán)境，可分別選擇經(jīng)典自由網(wǎng)平差、秩虧自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差進(jìn)行整網(wǎng)的平差解算。將使地殼形變觀測在空間域的控制能力和分辨能力方面得到極大地提高，這也為GPS等空間測地技術(shù)用于大型工程的變形監(jiān)測帶來了新的機(jī)遇，為推進(jìn)高精度變形監(jiān)測的研究注入新的活力。以大壩變形監(jiān)測為例，建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時分析系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理分析和管理。

4 結(jié)語

GPS技術(shù)由于其實(shí)時性能的表現(xiàn)、連續(xù)工作的特性、高精度的定位性能和自動化程度較高的基本優(yōu)勢，基于GPS技術(shù)的變形監(jiān)測理論與方法，是當(dāng)前廣泛采用的變形監(jiān)測新方法、新技術(shù)之一。GPS衛(wèi)星定位技術(shù)相比于傳統(tǒng)的測繪作業(yè)方法與模式有著顯著的特點(diǎn)和優(yōu)越性，其優(yōu)越的性能及廣泛的適用性，在GPS等空間測地技術(shù)不僅可以應(yīng)用于水庫大壩及各種滑坡的精密外觀形變監(jiān)測，而且已經(jīng)用于研究板塊運(yùn)動、亞板塊運(yùn)動等問題，這在過去是不敢想象的。GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測系統(tǒng)中，不僅降低了成本，節(jié)省了人力物力，還提高了精確度和工作效率。GPS應(yīng)用于大壩和滑坡體等的外觀變形監(jiān)測，與傳統(tǒng)的地面測量技術(shù)相比有其獨(dú)特的優(yōu)越性，但是成本亦較為昂貴。

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