劉景洋

摘 要：在工程建筑物的施工和運(yùn)營過程中，由于各種因素的影響，會使其產(chǎn)生變形。所以必須對它進(jìn)行監(jiān)視觀測，利用變形觀測中取得的各種資料，可以監(jiān)視建筑物的狀態(tài)變化。該文主要以GPS原理為基礎(chǔ)，發(fā)揮其快速、準(zhǔn)確、實時的觀測特點，結(jié)合測試情況，闡述GPS在變形觀測方面的應(yīng)用及利用其進(jìn)行變形觀測的可行性，最后分析GPS在變形監(jiān)測中的優(yōu)缺點，并得出解決辦法。

關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測；工程；GPS；建筑物變形

中圖分類號： P20 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）28-77-2

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種工程建筑如雨后春筍般拔地而起。多年來，自然災(zāi)害的頻繁出現(xiàn)，使得國家對其防治工作力度逐年增強(qiáng) ，而出現(xiàn)在現(xiàn)實生活中大部分災(zāi)害都與建筑物變形有關(guān)聯(lián)，如山體滑坡、尾礦滑坡、建（構(gòu)）筑物坍塌等，都是突出的變形現(xiàn)象。所以，通過對各種有變形可能的物體進(jìn)行監(jiān)測來預(yù)防事故的發(fā)生特別重要。現(xiàn)如今，形變觀測主要涉及地殼變形、庫區(qū)工程、水利工程大壩、高層建筑及橋梁等多個范疇。監(jiān)測物體變形的技術(shù)已顯現(xiàn)出多項科學(xué)技術(shù)縱橫交錯發(fā)展的態(tài)勢。

1 變形體變形及變形監(jiān)測

1.1 變形體變形

變形體變形是指變形體在各種外界因素的影響下，在時間域和空間域內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)其形狀、大小及位置發(fā)生改變，超出了它一定的許可限差范圍。這樣的話可能會發(fā)生滑坡、巖崩、泥石流等自然災(zāi)害。

變形監(jiān)測就是利用測量設(shè)備對設(shè)定在變形體上的測量點進(jìn)行實時或者周期性的監(jiān)測，以確定變形體在時空中的變化。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。

1.2 變形監(jiān)測方式

變形監(jiān)測的方法應(yīng)根據(jù)變形體的具體特征而定。也可以同時采用多種方法同時進(jìn)行監(jiān)測。

水平位移監(jiān)測：極坐標(biāo)法、交會法、GPS法、正倒垂線法、視準(zhǔn)線法等。

垂直位移監(jiān)測：水準(zhǔn)測量、電磁波測距三角高程測量等。

三維位移監(jiān)測：全站儀自動跟蹤測量法、GPS-RTK法、攝影測量法等。

建筑物主體傾斜：激光準(zhǔn)直法、利用經(jīng)緯儀投點、差異沉降法、垂直線法等。

2 建筑物變形監(jiān)測的精度要求及周期確定

2.1 變形監(jiān)測的精度控制

各類工程建筑物變形觀測的控制精度，要以有效的發(fā)現(xiàn)變形為原則，以不掩蓋變形為準(zhǔn)繩。不認(rèn)真負(fù)責(zé)的草率作業(yè)是不行的，一味地追求高精度是沒必要的。特別重要的建（構(gòu)）筑物，在設(shè)計工程的同時，要統(tǒng)籌安排出對于變形觀測的內(nèi)容和范圍，并由相關(guān)單位詳盡制定出本工程監(jiān)測方案。第一次觀測，要認(rèn)真仔細(xì)記錄監(jiān)測體初始狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)。

變形監(jiān)測網(wǎng)的各種點，可分為變形觀測點、基準(zhǔn)點、工作基點。在布置它們時要符合以下相關(guān)要求：

基準(zhǔn)點：比較大型的工程項目，應(yīng)采用帶有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩來作為水平位移基準(zhǔn)點，采用雙金屬標(biāo)或鋼管標(biāo)作為垂直位移基準(zhǔn)點。要在變形影響區(qū)域之外尋找穩(wěn)固可靠的位置來布設(shè)，每個工程最少要保證有3個基準(zhǔn)點。

工作基點：用帶有強(qiáng)制歸心裝置的觀測墩作為大型工程施工區(qū)域內(nèi)的水平位移監(jiān)測工作基點，用鋼管標(biāo)作為垂直位移監(jiān)測工作基點。點位應(yīng)選在方便使用而且比較穩(wěn)定的位置。對于小型工程來說，如果通視條件較好的，可以不用設(shè)置工作基點，在基準(zhǔn)點上直接觀測變形監(jiān)測點就可以了。

變形觀測點：在能體現(xiàn)變形體變形特征的位置上或監(jiān)測斷面上設(shè)立的點。

2.2 變形監(jiān)測的周期確定

關(guān)于變形監(jiān)測周期的確定，一般情況下，觀測的次數(shù)和時間間隔的選擇，要既能體現(xiàn)出變化的過程，又不漏掉變化的時間。這個可根據(jù)觀測的具體對象、變形的速度以及變形量的大小等因素決定。一般在工程施工的時候與工程完工初期，時間段要短些，可有一周、兩周等。工程完工投產(chǎn)后，可有30天、60天、半年等，不過，遇有特殊情況，要及時進(jìn)行觀測。

3 利用GPS技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測可行性研究

測試工作在單位園區(qū)內(nèi)的1號辦公大樓與GPS衛(wèi)星跟蹤站之間進(jìn)行。在試驗時要求始終保持固定不動GPS跟蹤站上的接收機(jī)天線，在1號辦公大樓樓頂安置一個活動的儀器平臺， GPS接收機(jī)天線安置在上面。在設(shè)置兩個互相垂直的導(dǎo)軌，平臺可以在上面移動，通過平臺上的測微器可以精確測定平臺的移動量，所以可將天線的位移量看作已知數(shù)值。接下來利用GPS測量數(shù)據(jù)結(jié)果與該位移值進(jìn)行對比，來校核其精度，以此來判定利用GPS監(jiān)測變形體的監(jiān)測能力。具體在試驗操作過程時移動一次平臺的間隔為5小時左右。并分別計算了5小時解、2小時解和1小時解，各時間段分別進(jìn)行了10組，其邊長監(jiān)測測試結(jié)果見表1。

上訴數(shù)據(jù)是用一個基準(zhǔn)點來進(jìn)行觀測的，如果想進(jìn)一步提高監(jiān)測精度，可以采用兩個基準(zhǔn)點，本次試驗的結(jié)果表明，只要采取相應(yīng)的辦法，使用GPS測量技術(shù)進(jìn)行工程變形監(jiān)測是可以的。

4 GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測的利弊分析及前景展望

4.1 GPS技術(shù)監(jiān)測工程變形的優(yōu)點

①不用保持測站間的通視。因為GPS定位時無須保持測站間的通視，可以不用較多中間的傳遞環(huán)節(jié)，從而節(jié)約很多經(jīng)費(fèi)。只需測站上空開闊即可，點位位置可根據(jù)需要，稀密自定，從而可使變形監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)更為自由、方便。

②觀測時間不受限。GPS測量不受陰天、黑夜、起霧、雨雪、刮風(fēng)等氣候條件的限制，在這些環(huán)境中仍能進(jìn)行正常觀測。這對于變形監(jiān)測尤為重要。降雨是誘發(fā)邊坡變形的主要原因之一，傳統(tǒng)方法在雨天很難觀測，無法做到及時監(jiān)測邊坡的位移。

4.2 使用GPS定位技術(shù)進(jìn)行工程變形監(jiān)測的不足之處

①點位選擇的空間相對狹小。在GPS測量規(guī)范中對測站的選擇做出了一系列的規(guī)定，是為了保證GPS的定位控制精度和工作正常進(jìn)行，但在變形監(jiān)測中上述要求往往難以滿足，因此可以調(diào)節(jié)的余地很小。

②從全局角度上來看觀測條件不是很理想。例如水庫庫區(qū)的大壩監(jiān)測以及礦山尾礦庫初期壩監(jiān)測的時候，觀測視場一般很狹窄，也會遇到大量衛(wèi)星被遮擋導(dǎo)致圖形強(qiáng)度不好的情況。如在城市里監(jiān)測，建筑物密度大，影響衛(wèi)星信號的接收。

5 結(jié)論

GPS測量技術(shù)具備以下主要優(yōu)點：連續(xù)并實時、全天不分時間段、精度高、高水平自動化，應(yīng)用于變形監(jiān)測方面是非?？尚械?。GPS測量 技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測，針對不同的監(jiān)測對象和監(jiān)測目的是總的發(fā)展趨勢，監(jiān)測分析系統(tǒng)要求研究建立技術(shù)超前并且實用。關(guān)鍵部分是在線實時，但是，需要注意的是在某些特定環(huán)境中，由于存在許多客觀因素，致使 GPS 所觀測成果數(shù)據(jù)精度不高或者不能測量，這種情況下就需要跟其他測量方法聯(lián)手作業(yè)，來完成測量工作。例如攝影測量、GIS、RS等。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 吳來瑞，鄧學(xué)才.建筑施工測量手冊[M].第1版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[2] 周建鄭，方思勤.測量學(xué)[M].第1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 黨亞民，秘金鐘，成英燕.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].測繪出版社，2007.

[4] 黃聲亨，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.