GPS技术在高层建筑物变形监测中的应用.doc
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1、GPS技术在高层建筑物变形监测中的应用 G P S 技术 在 高层 建筑 物变 形 监测 中的 应 用王 煜昭深 圳市岩土综合勘察设计有 限 公司 广 东 深 圳 518172 518172 518172 518172摘 要: GPS 卫星 定位 技术 是近 年来 发展 速度 较快 的一 种定 位技 术, 具 有 诸多 的优 点, 目 前在城 市建 筑物 变形 监测 中有 所应 用。 本 文 结合 笔者 多年 的实 践经 验, 介 绍了 GPS 变形 监测 技术, 重 点就 GPS 动态 变形 监测 系统 的设 计工 作进 行探 讨, 并 结合 工程 实例 进一 步阐 述了 GP S技术 在建
2、 筑物 变形 监测 中的 应用 ,以 期指 导实 践。关 键词 :GPS 技术 ;变 形监 测; 功能 设计 ;案 例分 析中图 分类 号: P228.4 文献 标识 码: A 文章 编号 :变形 监测 是监 测城 市变 形体 安全 性的 重要 举措 , 主 要是 利用 专业 的仪 器和 方法 对变 形 体的变 形现 象进 行持 续观 测, 并分 析变 形体 变形 形态 和预 测变 形的 发展 趋势 。在 工程 测量 中,变形 体主 要包 括桥 梁、 隧 道、 高 层建 筑物 和矿 区等 。 GPS 技术 作为 一项 全新 的卫 星导 航和 定位系 统, 在 许 多测 量领 域已 替代 了传
3、统的 光学 和电 子测 量方 法。 在 建 筑物 变形 监测 方面 , G PS技术 具有 高精 度、 速 度 快、 操 作 方便 、 全 天 候和 实时 监测 等优 点, 能 够 减小 变形 监测 的外 业工作 量, 大 大 提高 工作 效率 , 并 对 建筑 物变 形形 态进 行远 程网 络实 时监 控, 目 前 该项 技术 在城市 变形 体变 形监 测中 得到 广泛 的应 用。1 GP S 变 形监测数据处理技术1.1 GP S 变 形监测网GPS 观测 结果是 3 维坐 标, 有 三 个位 置基 准、 三 个 方位 基准 和一 个尺 度基 准。 因 此 , 在基准 设计 时, 如 果
4、采用 固定 基准 点作为 GPS 网点 起算 数据 , 则 至 少需 要三 个或 三个 以上 的 稳定基 准点 , 主 要 是为 了保 证变 形监 测的 可靠 性。 基 准 点应 选在 周围 没有 较强 的反 射面 , 且 交通方 便、 远离 大功 率的 发射 电台 及高 压线 、视 野开 阔易 于保 存的 地方 。1.2 GP S 监 测网基准点位移及观测粗差对于 周期 性重 复观 测的 GPS 变形 监测 网, 采 用 固定 基准 进行 变形 分析 是最 为理 想的 , 但如果 基准 点发 生了 位移 ,如 不加 处理 就会 导致 变形 分析 结果 的失 真。 另外 ,由 于受 到周 跳、
5、整周 模糊 度解 算误 差, 以 及 多路 径效 应的 影响 , 基 线 向量 中可 能含 有粗 差。 地 面 起始 点坐 标引起 的系 统误 差在 基线 解算 中, 需 要 一个 起算 点, 起 算 点的 精度 将影 响基 线解 算的 精度 , 因此, 很 有 必要 获得 高精 度的 基准 点坐 标及 监测 点坐 标。 当 基 准起 算点 坐标 出现 误差 时, 将 导致整个 GPS 变形 监测 网基 线向 量解 产生 系统 性误 差。 试 验 表明 , 这 种 系统 误差 主要 反映 整 网基线 向量 的系 统性 旋转 和尺 度变 化。GPS 网进 行网 平差 后, 利 用网 中稳 定的
6、非起 算点 进行 监测 点位 移量 的差 分改 正, 以 提 高监测 精度 和可 靠性 。如图 1 所示 , P 1 和 P 2 为变 形区 域外 固定 点,以 P1 点为 基准 点进 行平 差计 算可得 P 2 , P3两点相对于初值的差值 P2 , P3 ,由于 P 1 为稳定点,故可用 P2 的值对 P3 的变形量进行差分 改正 ,其 大小 为式中:S p 1 p 3 和 S p 1 p 2 分别为 P1 ,P3 以及 P2 , P3 间的基线长度,由于非起算点的稳定性同监测 点一 样是 通过 某一 基准 点一 起处 理而 同时 得到 的, 因 而 两者 之间 存在 误差 相关 性, 进
7、 行差分 改正 ,恰 好滤 掉位 移量 中的 误差 部分 。图 1 监 测点差分改正图1.3 GP S 变 形监测数据处理本文 采用 整体 方差 分析 法和 卡尔 曼滤 波方 法对 变形 观测 数据 进行 分析 与预 测。 在 变 形 分析中 ,变 形量 的统 计检 验主 要包 括 : 变形 量的 显著 性检 验、 相关 性检 验和 可测 性检 验等 。两期变 形监 测网 的坐 标差 不一 定反 映了 被监 测物 体的 真实 变形 值, 它 可 能是 由观 测的 偶然 误 差引起 的, 需 要 对变 形量 的显 著性 进行 检验 。 变 形 误差 椭圆 是变 形量 显著 性检 验的 一种 直观
8、 方法,以 2 维平 面方 向变 形量 为例 。假 设一 二期 观测 成果 中, 某一 监测 点的 协方 差分 别为 :两期 成果 的坐 标差 XX2 - X1 协方 差为 :则变 形量 的误 差椭 圆由 下列 元素 组成 :在变 形监 测点 的变 形分 析中 , 可 认为 所得 的变 形观 测数 据中 包含 有反 映监 测点 实际 变 形的信 息, 另外 还包 含有 随机 干扰 噪声 ,这 种随 机干 扰噪 声包 含动 态噪 声和 观测 噪声 。为 此,本文 利用 卡尔 曼滤 波的 理论 对变 形观 测数 据进 行处 理, 并 以 此为 基础 对监 测点 的变 形作 出 一些预 报。 状态
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- GPS 技术 高层 建筑物 变形 监测 中的 应用
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