郭梁

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)　江西上饒　334000）

GPS在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

郭梁

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)江西上饒334000）

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工程建設(shè)已經(jīng)成為促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，為了適應(yīng)人們的個(gè)性化需求，高層建筑成了目前工程建設(shè)項(xiàng)目的主流趨勢(shì)。運(yùn)用GPS技術(shù)的特點(diǎn)，介紹GPS在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；高層建筑；變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

隨著我國(guó)建筑工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)的高層建筑已經(jīng)成為建筑項(xiàng)目的主流。由于高層建筑形體的特殊性，因此，針對(duì)高層建筑的施工工藝也在不斷的改進(jìn)，高層建筑中的變形監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。但是由于高層建筑的結(jié)構(gòu)有一定的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性造成了高層建筑的變形監(jiān)測(cè)有一定的難度，因此，在這個(gè)背景下，積極運(yùn)用各種高科技技術(shù)來(lái)對(duì)高層建筑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)是十分有必要的。GPS技術(shù)的中文全稱為全球定位系統(tǒng)，這個(gè)技術(shù)的突出特點(diǎn)是速度快，并且具有全天性而且自動(dòng)化程度高，GPS技術(shù)可以同時(shí)測(cè)量定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，測(cè)量的精度高，因此，在我國(guó)高層建筑的測(cè)量上有著很廣泛的應(yīng)用。我國(guó)傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)是基于應(yīng)用水準(zhǔn)的一種變形監(jiān)測(cè)方法，主要是應(yīng)用于測(cè)量地基的沉降，并且利用三角測(cè)量的方法來(lái)監(jiān)測(cè)建筑地基的移動(dòng)以及建筑的整體傾斜度。但是，從高層建筑的建筑情況來(lái)看，變形監(jiān)測(cè)的環(huán)境比較復(fù)雜，并且作業(yè)員勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。但是，通過(guò)GPS進(jìn)行水平位移的觀測(cè)，可以獲得誤差小于2mm的矢量。因此，筆者在本文重點(diǎn)分析了GPS在高層建筑的變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)高層建筑的變形監(jiān)測(cè)有參考價(jià)值。

1　GPS技術(shù)的監(jiān)測(cè)模式

1.1周期性監(jiān)測(cè)模式

利用GPS技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的模式可以依據(jù)行變體的變形速度來(lái)確定，對(duì)于那些速度比較慢的，并且在局部的空間以及時(shí)間領(lǐng)域都可以保持穩(wěn)定狀態(tài)下的建筑，可以使用 GPS技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)控，同時(shí)作業(yè)員可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)置監(jiān)測(cè)的頻率。當(dāng)采用GPS的靜態(tài)定位法對(duì)建筑物進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以通過(guò)在固定的觀測(cè)點(diǎn)放置至少2臺(tái)以上的GPS接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步檢測(cè)，這種方法需要頻率較高的監(jiān)測(cè)方式，從而達(dá)到精度為10-9的狀態(tài)。

1.2連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式

從連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式的定義來(lái)看，是指作業(yè)員通過(guò)固定的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行對(duì)建筑物監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集，從而得到一系列高層建筑物變形的數(shù)據(jù)。由于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是連續(xù)不斷的，因此，對(duì)于不同的時(shí)間段，分辨率也是比較高的。同時(shí)受連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式的影響，主要可以通過(guò)靜態(tài)相對(duì)定位以及動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的方式來(lái)對(duì)高層建筑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從目前GPS技術(shù)的監(jiān)測(cè)精度來(lái)看，已經(jīng)達(dá)到了亞毫米的等級(jí)水平。

2　GPS技術(shù)應(yīng)用于高層建筑變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)

2.1自動(dòng)化水平高

從GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平來(lái)看，在利用GPS技術(shù)進(jìn)行高層建筑的變形監(jiān)測(cè)時(shí)，只需要一名作業(yè)員將天線安置在測(cè)量站上，并且測(cè)量天線的高度，并且接通電源，啟動(dòng)GPS接收機(jī)，監(jiān)控儀器隨即開始工作。在變性工作結(jié)束之后，作業(yè)員僅需要關(guān)閉電源，將接收機(jī)回收，高層建筑逇變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就可以直接進(jìn)行采集。

2.2精度高

從接收機(jī)與高層建筑的設(shè)置距離來(lái)看，距離小于15千米的檢監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到毫米的程度，對(duì)于10千米以上的距離，精度可以達(dá)到10-7的程度。對(duì)于高層建筑的變形監(jiān)測(cè)，通過(guò)作業(yè)員高準(zhǔn)確度的觀測(cè)措施以及數(shù)據(jù)處理軟件，高層建筑的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以達(dá)到亞毫米級(jí)，并且高程的精度可以達(dá)到1mm左右。

2.3誤差小

利用GPS技術(shù)進(jìn)行高層建筑的變形監(jiān)測(cè)時(shí)，只要作業(yè)員在測(cè)量的過(guò)程中保持天線能夠維持穩(wěn)定狀態(tài)，那么GPS接收機(jī)所接受的數(shù)據(jù)中的對(duì)中誤差以及定向誤差都不會(huì)影響最終對(duì)高層建筑的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

2.4前景廣

隨著全球GPS技術(shù)的逐漸發(fā)展和普及，該技術(shù)的自動(dòng)化水平高、精度高以及誤差小等優(yōu)勢(shì)都決定了GPS技術(shù)在全球的應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，GPS技術(shù)的運(yùn)用使得高層建筑的變形監(jiān)測(cè)效率得以顯著的提高，在很大程度上都節(jié)省了建筑施工單位的成本以及時(shí)間。

3　GPS在高層建筑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1準(zhǔn)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測(cè)

針對(duì)高層建筑的變形檢測(cè)中，在準(zhǔn)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)是十分重要的。因此，在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要利用該高層建筑的形變模型，從而通過(guò)多個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)監(jiān)控的方式，對(duì)高層建筑在準(zhǔn)動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，從而可以得出高層建筑的整體形變。舉例來(lái)說(shuō)，哈市道里區(qū)民生尚都C區(qū)總共有32層，并且高度為110米，距離該棟建筑物場(chǎng)地的400米位置有一個(gè)三等水平的水準(zhǔn)點(diǎn)，因此，在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，作業(yè)員可以將這個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)作為自己監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且在高層建筑物的附近大街上的空地上設(shè)定一個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，可以將其命名為A，另外將這個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)A作為基礎(chǔ)側(cè)面B的高程基準(zhǔn)，在設(shè)立水準(zhǔn)基點(diǎn)A時(shí)，這個(gè)基點(diǎn)需要具備方便觀測(cè)并且容易保存的特點(diǎn)，并且這個(gè)基點(diǎn)的位置需要在該高層建筑的形變影響范圍之外。利用GPS技術(shù)在該高層建筑的附近尋找一個(gè)觀測(cè)條件相對(duì)較高的觀測(cè)地作為測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)將其作為變形監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)站以及參考站，可以將其命名為C和D。在設(shè)立完畢之后，要在該高層建筑的一樓的主要砼柱上設(shè)置20個(gè)不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而形成一個(gè)基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)面E，這個(gè)監(jiān)測(cè)面的主要作用是為了監(jiān)測(cè)大樓是否發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象。在完成這部分工作之后，作業(yè)員需要在該高層建筑的樓頂扇設(shè)置4個(gè)不同的GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而形成一個(gè)整體的監(jiān)測(cè)面即F，作業(yè)員通過(guò)對(duì)F監(jiān)測(cè)面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)研究該高層建筑的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)狀態(tài)。

在利用GPS技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)人員需要利用靜態(tài)測(cè)量的模式來(lái)對(duì)高層建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)也可以使用雙頻接收機(jī)來(lái)使得監(jiān)測(cè)的結(jié)果更加精準(zhǔn)，在監(jiān)測(cè)時(shí)段的設(shè)置上可以選擇30分鐘或者120分鐘的范圍內(nèi)，并且作業(yè)員需要使用獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)滿足高層建筑變形監(jiān)測(cè)的需要。從整體的監(jiān)測(cè)面E上，作業(yè)人員需要先計(jì)算出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，并且將坐標(biāo)值帶入到高層建筑的形變模型中去，從而可以計(jì)算出整體監(jiān)控面F的坐標(biāo)值，最終通過(guò)計(jì)算得出該高層建筑的形變特征。在這個(gè)實(shí)例分析中，針對(duì)高層建筑的變形監(jiān)測(cè)主要是依托于準(zhǔn)動(dòng)態(tài)特征，并且作業(yè)員通過(guò)分析所測(cè)量的數(shù)據(jù)，從而得出高層建筑物的形變的動(dòng)態(tài)特征。

3.2實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測(cè)

不同于準(zhǔn)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的變形監(jiān)測(cè)，由于高層建筑的特殊性，在各種自然災(zāi)害的影響下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特征下的變形監(jiān)測(cè)對(duì)于高層建筑的運(yùn)行和維護(hù)有著十分重要的作用。這種變形監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)高層建筑物的相對(duì)位移以及建筑物的擺動(dòng)頻率。因此，利用GPS技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)下的變形監(jiān)測(cè)，可以深入了解高層建筑的變形特征，并且在受到地脈動(dòng)以及縫在的影響下時(shí)自身的自振特性。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)人員同樣也需要使用雙頻的GPS信號(hào)接收機(jī)，并且將其放置于觀測(cè)條件相對(duì)較好的地面監(jiān)測(cè)位置，同時(shí)將其設(shè)置為基準(zhǔn)站，；另一臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)則需要放置于離基準(zhǔn)站大約300米出的空地上，并且將其設(shè)置為參考點(diǎn)，而第三臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)則需要放置在該高層建筑的樓頂空曠場(chǎng)地位置，并且作業(yè)人員需要確定其周圍是否有干擾源，在確定無(wú)干擾源之后，將其作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)之一。在設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)之后，作業(yè)人員在設(shè)置GPS接收機(jī)時(shí)，GPS的采樣時(shí)間需要保持在1秒左右，并且GPS的觀測(cè)時(shí)間也應(yīng)該維持在1小時(shí)左右。通過(guò)將數(shù)據(jù)列入坐標(biāo)軸中，可以通過(guò)數(shù)據(jù)分析出觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)的曲線變化圖，在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析之后，觀測(cè)人員可以看出應(yīng)用GPS技術(shù)于高層建筑的變形監(jiān)測(cè)中，觀測(cè)質(zhì)量?jī)?yōu)良，數(shù)據(jù)比較精準(zhǔn)。如果需要更高級(jí)別的數(shù)據(jù)分析，作業(yè)員可以通過(guò)頻譜分析法來(lái)得出監(jiān)測(cè)所需的三圍數(shù)據(jù)的序列，這種三圍數(shù)據(jù)序列可以幫助監(jiān)測(cè)人員更準(zhǔn)確地確定一定時(shí)間周期內(nèi)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。

4　結(jié)束語(yǔ)

隨著建筑工程項(xiàng)目的迅速發(fā)展，高層建筑的數(shù)量也在不斷的增加，為了保證高層建筑的質(zhì)量，對(duì)高層建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)很有必要。GPS技術(shù)應(yīng)用于高層建筑的變形監(jiān)測(cè)是時(shí)代發(fā)展的需要。由于傳統(tǒng)的測(cè)量工具成本高，精度低以及效率低下，GPS技術(shù)在高層建筑的變形監(jiān)測(cè)中的優(yōu)點(diǎn)突出，監(jiān)測(cè)精度高，市場(chǎng)發(fā)展的前景十分廣闊。

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