GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的運(yùn)用

■張文斌，劉 放 ■江西省煤田地質(zhì)局測繪大隊(duì)，江西 南昌 330001

變形監(jiān)測是建筑工程當(dāng)中常用的技術(shù)內(nèi)容，其能夠通過對建筑物的地基沉降情況和建筑位移、傾斜變形程度的監(jiān)測，了解建筑的狀況信息，以便及時(shí)采取有效辦法，避免建筑安全問題導(dǎo)致災(zāi)難性危害的發(fā)生。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測技術(shù)多利用測量設(shè)備進(jìn)行人工監(jiān)測，其實(shí)效性和準(zhǔn)確性、精確性不高，且在面臨復(fù)雜地形條件時(shí)，難度較大，無法保證工作的效率和質(zhì)量。隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展，其利用自身的主要優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了變形監(jiān)測的自動化和精確性，使得建筑工程和大型基礎(chǔ)建設(shè)的安全性得到極大保障，其未來發(fā)展前景巨大。

1 GPS變形監(jiān)測綜述

GPS定位技術(shù)，是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其在經(jīng)歷多年的技術(shù)研究和發(fā)展之后，已經(jīng)廣泛運(yùn)用各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域當(dāng)中，為人們的生活質(zhì)量的提高和經(jīng)濟(jì)、軍事、建筑等各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展提供重要保障［1］。變形監(jiān)測，則是工程建筑物管理建設(shè)中的重要內(nèi)容，其通過對建筑地基、建筑外形的位移、沉降和傾斜等狀況的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)把控，以掌握建筑物的使用狀況。如建筑物的變形信息滿足一定的限度要求，則建筑物為正常變形，其使用的安全性較高;如建筑物的變性信息超出限定范圍，則其變形的可能性極大，在嚴(yán)重時(shí)會危及到建筑的穩(wěn)定性和安全性，造成潛在危害［2］。

將GPS定位技術(shù)運(yùn)用到變形監(jiān)測當(dāng)中，能夠通過三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用大地高進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，完成對建筑物變形的監(jiān)測，且其數(shù)據(jù)采集和處理以及分析過程均為自動化，極大地促進(jìn)了變形監(jiān)測效率和質(zhì)量的提高。

2 GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的作用

2.1 實(shí)現(xiàn)全天候的觀測

與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測技術(shù)相比，GPS定位技術(shù)能夠不受時(shí)間和氣候的限制，實(shí)現(xiàn)全天候的觀測。GPS定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要依托于衛(wèi)星技術(shù)，通過無線電進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，其受到氣候影響極小。同時(shí)，針對雷電天氣，只要在變形監(jiān)測系統(tǒng)上進(jìn)行防雷電設(shè)施的配備和安裝，就能有效避免雷電天氣的影響［3］。這一巨大優(yōu)勢和作用，能夠確保其變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，就抗洪和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)用來講，其優(yōu)勢所在十分顯著。

2.2 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的三維位移同時(shí)測定

傳統(tǒng)變形監(jiān)測方法下，平面位移和垂直位移的測量是分開和割裂的。平面位移的測量主要依靠方向交會和距離交會、全站儀坐標(biāo)法等進(jìn)行測定，垂直位移則主要利用傾斜儀、液體靜力水準(zhǔn)測量和精密水準(zhǔn)測量等技術(shù)完成。兩種位移分開，導(dǎo)致位移測量的工作量加大，造成成本和難度的增加。同時(shí)，水平位移和垂直位移監(jiān)測分開，導(dǎo)致監(jiān)測時(shí)間和點(diǎn)位不統(tǒng)一，造成變形分析的準(zhǔn)確性和難度加大。GPS變形監(jiān)測則利用三維位移完成了所有測定內(nèi)容。

2.3 實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測自動化

GPS定位技術(shù)運(yùn)用到變形監(jiān)測的一大優(yōu)勢作用，就是其變形監(jiān)測過程為自動化，無需人工實(shí)時(shí)手動操作。GPS變形監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、分析的自動化，且自動監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)用，極大方便用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。技術(shù)管理人員能夠通過控制中心對GPS接收機(jī)的面板信息進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，及時(shí)了解相關(guān)狀況。此外，技術(shù)人員能夠?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，保證了其靈活性和準(zhǔn)確性。自動化的實(shí)現(xiàn)，極大地降低了監(jiān)測的成本。

2.4 利用大地高進(jìn)行垂直變形測量

在變形監(jiān)測所需的數(shù)據(jù)資料當(dāng)中，正常高和正高是一些工程體系當(dāng)中的必須數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的測量方法當(dāng)中，主要通過高程異常圖或大地準(zhǔn)面差距圖中獲取，或者利用地球重力場模型，通過測量分析獲得。然而，這些方法存在著精度較低、測量標(biāo)準(zhǔn)不恒定等問題［4］。利用GPS定位技術(shù)，能夠利用大地高進(jìn)行直接測量，對于垂直變形數(shù)據(jù)的測量分析，精準(zhǔn)度較高，且測量穩(wěn)定性更高。在IGS精密星歷保證下，大地高系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到有效保證。

2.5 削弱監(jiān)測系統(tǒng)的誤差

利用GPS定位技術(shù)完成變形監(jiān)測的主要實(shí)現(xiàn)方法，是通過對兩期監(jiān)測得出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異分析，以掌握其變形數(shù)據(jù)，進(jìn)而掌握其變形情況。在變形監(jiān)測當(dāng)期，由于監(jiān)測系統(tǒng)可能的系統(tǒng)誤差，如接收天線的定向誤差和對中誤差、整平誤差等，對于當(dāng)期監(jiān)測數(shù)據(jù)造成的準(zhǔn)確性有一定影響。然而，最終需要的監(jiān)測數(shù)據(jù)并不因監(jiān)測當(dāng)期數(shù)據(jù)的誤差而出現(xiàn)誤差。因此，兩期監(jiān)測過程中系統(tǒng)造成數(shù)據(jù)誤差的存在并不會影響到最終結(jié)果。

3 GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測應(yīng)用中的發(fā)展趨勢

3.1 GPS定位技術(shù)存在的主要缺點(diǎn)

雖然GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測當(dāng)中的優(yōu)勢十分明顯，對于變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和有效性有著十分積極的意義，然而，其在當(dāng)前情況下，仍然存在著一定的缺點(diǎn)和不足。首先，在利用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測時(shí)，其點(diǎn)位的選擇自由度往往較低。測站的周圍的障礙物應(yīng)避免成片造成數(shù)據(jù)阻礙，且由于大型發(fā)電機(jī)和變壓器和微波信號發(fā)射臺能夠造成無線信號的影響，應(yīng)保證一定的距離。其次，就整體觀測環(huán)境而言，觀測條件會因環(huán)境的影響導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差［5］。如大壩周邊環(huán)境的不同會造成大氣狀況的差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高。此外，GPS定位涉及到十分復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，且誤差源較多，極易造成數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

3.2 GPS定位技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測的發(fā)展方向

隨著GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測當(dāng)中的運(yùn)用越來越普及，其未來的發(fā)展將成為必然要求和必然趨勢?；诋?dāng)前其在變形監(jiān)測當(dāng)中存在的缺點(diǎn)和不足，未來的GPS變形監(jiān)測將會更加穩(wěn)定化和準(zhǔn)確化，數(shù)據(jù)失準(zhǔn)情況也會得到極大改善。由于當(dāng)前的GPS變形監(jiān)測面臨著干擾障礙較多、誤差源也較多等問題，未來的GPS變形監(jiān)測將致力于實(shí)現(xiàn)干擾的有效排除，極大地提高變形監(jiān)測的有效性。就目前的研究成果來看，一機(jī)多天線思想已經(jīng)形成并成功應(yīng)用于GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)當(dāng)中［6］。隨著其技術(shù)的不斷優(yōu)化和完善，未來的GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)將更加穩(wěn)定，其監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性將得到進(jìn)一步發(fā)展和提高。

4 結(jié)語

變形監(jiān)測作為建筑行業(yè)和基礎(chǔ)建設(shè)當(dāng)中的重要技術(shù)內(nèi)容，其對于建筑物安全和國家基礎(chǔ)建設(shè)、地質(zhì)安全保障等有著重要意義。隨著GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的不斷應(yīng)用和普及，變形監(jiān)測的有效性和準(zhǔn)確性將不斷提高。然而，從當(dāng)前的應(yīng)用狀況來看，GPS定位監(jiān)測系統(tǒng)的專業(yè)性仍較強(qiáng)，未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及和運(yùn)用。為此，國家應(yīng)加強(qiáng)對該技術(shù)的普及化研究，并解決當(dāng)前面臨的技術(shù)缺點(diǎn)和不足，才能為GPS變形監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及提供重要保障。

［1］申小平，曹豪榮，唐錢龍.GPS定位技術(shù)在建筑物變形監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2012(02).

［2］張雷潭.淺析GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2010(04).