GPS变形监测之高层建筑（共7篇）
GPS变形监测之高层建筑 篇1
GPS监测技术在实际运用中, 站点间无需通视, 可同时检测多个观测点的三维坐标, 且具有快速、全天候和高度自动化的特征, 在工程测绘领域运用及其广泛。当前, 高层建筑大批量拔起, GPS技术在监测建筑物的变形监测中起到了重要的作用。
1 GPS技术在建筑物监测中的优势分析
GPS技术在建筑物监测中具有五个方面的主要优势。
第一、GPS技术自动化程度高, 能够自动采集数据。数据接收机本身可自动跟踪并锁定卫星信号, 有效的降低了长期监测工程的监测成本, 提高了变形监测的效率。
第二、GPS技术能够全天候不间断的工作, 不受天气等自然条件的影响, 对变形监测的持续性十分有利。
第三、观测站间无需通视, 只要上空实业开阔即可, 设定观测网点十分自由灵活, 不再收到传统观测方式的限制, 对节省成本效果显著。
第四、GPS技术测量速度迅速, 且精确度高, 能同时获得观测点的三维坐标。在精确测定平面位置的同时, 可以获得精确的大地高, 保证了观测点的时空一致性。
第五、GPS测定的大地高可以直接运用于垂直变形测量, 它获得的大地高在变形监测工程中能够保持较高的精度, 避免了传统工程测量中精度损失情形的出现。
2 GPS在建筑物变形监测中的主要模式
GPS监测技术在建筑物变形监测中具有以下三种模式。
2.1 周期性变形监测模式
与传统的监测模式相似, 周期性的监测模式主要针对变形相对缓慢的建筑物, 采用静态相对定位的方式进行监测。一个周期为数月到数年不等。此种模式采用边连式构成监测网, 收集数据之后采用专业的分析软件处理数据。
2.2 固定GPS测站阵列监测模式
顾名思义, 这种监测模式是固定GPS仪器长时间的进行数据采集, 并对收集的数据进行分析和预测。在进行监测的过程中, 根据监测目标的不同要求, 可以采用静态相对定位和动态相对定位两种监测方式。在建筑物变形监测中, 不管采取哪种监测方式, 均需要满足变形监测的实时性要求。GPS测站阵列能够连续的保持高精度的观测值, 其较高的分辨率对捕捉变形信息十分的灵敏, 可靠性高。
2.3 GPS-RTK动态监测模式
此种监测模式中, 以载波相位为基础, 运用差分技术对两个观测站的载波观测值进行实时处理, 实时反映观测对象的精确三维坐标。在变形监测过程中, 观测站点能够将相位观测值和坐标值一起发送给流动站, 流动站接收到数据结合自身采集到的载波相位数据, 对数据链进行实时处理, 快速的计算出流动点的坐标。GPS-RTK能够最快以20赫兹的速率输出定位结果, 定位精度平面为正负10mm, 高程为正负20mm。这种以载波相位为基础的RTK技术, 很好的实现了实时监测。
3 GPS技术在建筑物变形检测中的运用
本文以一座塔身高288米的电视塔为例, 该电视塔以钢筋混凝土为主要结构, 监测电视塔的中心线的垂直高度, 以及塔身扭转程度, 以确保电视塔的安全施工和验证其工程设计的合理性。
3.1 GPS监测依据
国家《工程测量规范》和《建筑变形测量规范》都是建筑物变形监测的科学依据。电视塔设计单位和施工单位共同确定电视塔的倾斜检测技术方案。电视塔的垂直度要求精度较高, 其允许偏差不超过70mm, 而允许测量误差不超过23mm。为了确保变形监测的可靠性和完备性, 一般采用GPS静态定位监测的方法。
3.2 变形监测控制网建立
在建立监测控制网点的过程中, 为了满足电视塔垂直度和塔体扭转等项目的监测需要, 需要确保控制网的精度处于较高的水平, 一般应不低于变形监测的二级精度标准。为了保证观测基点的稳定性, 需要在确定的过程中, 反复的比较, 将基点设立在结构较好的永久性建筑上。若是一次无法确定所有的基准点, 可分期确定, 一般基准点数量在五个左右, 离塔心的平均距离在300米左右。控制网点应采用钢筋混凝土观测墩, 并在地底埋设高精度的强制对中基座。
3.3 GPS测量基础轴线的方法与过程
一般情况下, 当GPS监测网建立完毕之后, 电视塔的施工将会到了一定的阶段。这个时候, 在采集塔心的坐标和8条轴线控制桩的坐标及方向时, 将需要根据计算获得。为了确保相关数据的精确度, 可采用GPS技术对施工单位最初的8个轴线点 (也称内侧点) 进行精确的测量, 再与基准网进行联合测量, 将8个轴线控制点的坐标纳入监测体系的独立坐标系中。当塔身在施工中逐步升高时, 8个内侧点距离塔体太近, 给轴线观测带来了较大的难度, 所以, 需要延长。新设的8个轴线控制点称为外侧点, 此时, 对外侧点进行精密的观测, 将观测的数据进行计算, 即可获得塔心的坐标和轴线的方位角。这也是电视塔轴线垂直度的标准基准点和塔体扭转分析基准线。
3.4 电视塔GPS变形监测的结果分析
GPS技术是以卫星遥感技术为基础, 进行精确测量的过程。电视塔变形监测根据要求, 并结合实际施工现状, 在不同的高度进行静态观测。该电视塔高度为288m, 在200m的高度进行实时监测, 其X方向和Y方向的偏差分别为0.005和0.003, 偏差值为0.0058, 在允许偏差值不超过0.1的范围之内。其中各轴线的绝对扭转量如下图1所示。
可见, 电视塔中心线的垂直度及塔身扭转状况均为超过标准的范围, 在静态观测, 事后分析的模式下, GPS在建筑物变形监测中的应用, 不仅能够做到时空采样率的大幅提升, 还能充分体现数据采集的丰富性、实时性、高效性和自动化动态监测特征。
参考文献
[1]陈绵清.浅谈GPS技术应用于工程测绘[J].科技致富向导, 2012.
[2]朱怀汝, 李为民.GPS在巨型塑像变形监测中的应用——以炎黄二帝塑像为例[J].创新科技, 2013.
GPS变形监测之高层建筑 篇2
位移变形信息是地质灾害体发生灾变的最直观的前兆信息,是地质灾害预报与预警的主要依据,因此变形监测是主动防灾减灾的重要手段。目前用于地质灾害监测的变形监测技术主要有常规大地测量技术、测斜仪、多点位移计、GPS、InSAR等[1,2]。常规大地测量技术精度高,但存在外业工作量大、周期长、不易实现自动化等缺点。测斜仪、多点位移计等特殊的测量手段往往只能测量变形体的相对位移且量程范围有限[3]。InSAR技术具有观测精度高,空间分辨率高的优点,但是存在时间分辨率低的缺点,且一般用于大范围变形监测[4]。 GPS技术具有跨度大、不受气候条件限制、无需通视、能够测量变形体的整体位移、时间分辨率高、自动化程度高等优点,因此在地质灾害变形监测中的应用越来越广泛[5]。
近几年来,地质灾害监测预报与防治工作得到国家相关部门的高度重视。但是目前的地质灾害预防工作还主要是依靠群测群防手段[6]。这种方法是地质灾害易发区内广大人民群众和地质灾害防治管理人员直接参与地质灾害点的监测和预防,其效率低下,信息传达难以自动化,甚至会出现误判、漏判。所以应用GPS现代大地测量先进技术来进行灾害变形自动监测可以把防灾减灾工作推到更高层面,这也是目前的最新发展方向。基于此,开发出一套数据处理效率高、用户操作界面友好、变形监测精度高,又能实现连续自动监测的GPS变形监测数据处理软件具有十分重要的工程意义[7,8]。本文在充分调研GPS变形监测软件需求的基础上,对软件的数据处理流程及功能进行了设计,并在Visual Studio 2008开发平台下基于C++语言开发研制了GNSS-DMS变形监测系统。
1 软件整体设计思路
GPS变形监测主要有三种作业模式,周期性测量模式、连续性监测模式和动态监测模式[7]。其中周期性测量模式适用于变形比较缓慢的情形,连续性监测模式适用于监测点处于连续形变中,动态监测模式主要用于变形体的变形发生在很短的时间内。研制的GNSS-DMS软件主要针对连续性自动监测模式的数据处理,同时也包含了事后处理模式,其主要用于获取监测点在监测初期的精确坐标,从而为后续的形变分析模块提供初始信息,当然该模式也能实现周期性变形监测模式 的数据处理。为了探究在数据解算过程中如何优化参数设置而增加了一种批量解算模式的数据处理方法,旨在通过改变数据处理的参数设置(如截止高度角、截止信噪比、删除指定卫星等)重新解算数据,通过比较解算结果精度确定最佳解算选项。在获取点位坐标序列后,即可对点位作形变分析,内容包括逐期变形位移量计算、累积变形位移量计算,以及根据已有的坐标序列对点位的形变用数学模型进行拟合,并根据拟合的模型来预报一段时间内的点位坐标。GPS自动变形监测软件数据处理流程如图1所示。
2 软件模块功能与实现
依据软件设计思路及变形监测软件需求,可把软件功能模块划分为如图2所示。
2.1 工程管理模块
在GNSS-DMS系统中,采用工程管理所有的数据处理流程信息和中间结果以及处理选项的设置信息。在工程管理模块中,包含有新建工程、数据导入、打开工程、保存工程以及关闭工程等功能,在新建工程的同时会创建相应的工程文件,用于保存当前工程的数据处理选项的设置信息,便于后期调用。数据导入即输入GPS观测文件名称或GPS观测文件路径。
2.2 数据解算模块
数据解算模块主要包含三种模式(即事后处理模式、批量解算模式和自动监测模式)下的基线解算。本系统支持同时处理多条基线,因此在解算基线时可选择处理所有基线或处理选定基线,基线解算既支持静态模式也支持动态模式[9]。同时,系统还包含标准单点定位算法,主要用于获取点位概略坐标。
2.3 报表生成模块
报表生成模块主要包括坐标信息报表和残差信息报表。其中坐标信息报表主要包括解算时间、点位坐标、结果的质量信息(包括标准单点解、浮点解及固定解)、坐标分量标准差、坐标分量协方差以及衡量整周模糊度有效性的方差比(Ratio)。残差信息报表主要包括有效卫星相位和伪距残差、卫星方位角和高度角信息、结果质量信息和周跳数。实现的坐标信息报表如图3所示,残差信息报表如图4所示。
2.4 数据可视化模块
数据可视化模块包括观测数据伪图、卫星天空视图、卫星方位角、高度角和信噪比图、坐标序列图和监测点的形变信息图。观测数据伪图是表征数据的连续性,包括CA码观测量、P1码观测量、P2码观测量、L1载波相位观测量和L2载波相位观测量。卫星天空视图描述卫星方位角和高度角及信噪比信息。坐标序列视图显示监测点坐标序列。监测点形变信息视图展示了监测点相对于第一期的形变信息。实现的卫星天空视图如图5所示,坐标序列视图如图6所示。
2.5 变形分析模块
形变分析模块是根据解算的点位坐标序列,分析监测点的形变信息[10]。包括点位逐期位移形变量和累积位移形变量,通过选择数学模型对点位坐标序列进行拟合及对点位坐标进行预报,主界面如图7所示。
为了方便软件后续研发过程中GPS算法更新与用户界面改进,同时为了降低代码之间的耦合性,增强代码的可重用性,GNSS-DMS软件在程序设计方面采用GPS数据处理模块与用户交互界面模块分开开发的思想。GPS数据处理核心算法以动态链接库形式封装,实行模块化管理,不仅方便函数调用,且为算法修改与升级提供便利。在界面开发过程中,利用微软MFC类库,使得界面编写过程简洁、高效、美观,系统主要包含了菜单栏、工具栏、状态栏、管理区和视图区五个部分,主界面如图8所示。
3 软件系统应用实例
为了验证研制软件在实际应用中的操作稳健性,以及GPS数据处理精度的可靠性,本试验选用5个美国CORS站从2012-01-01至2012-06-01日的观测数据(数据的采样间隔为30s)进行处理。这5个站分别组成了三条基线,采用相对定位的模式,解算结果中误差及相应基线长度信息如表1所示。
从表1可得如下结论,在实际变形监测工程应用中,基线长度越短则得到的定位精度越高,因为基准站和监测站之间的距离决定了它们之间误差相关性的强弱; GNSS-DMS软件解算精度达到了毫米级变形监测精度要求,在基线长度达到10km时,E、N、U三个分量的精度仍优于5mm;根据电离层11年活动周期信息可知,2012年电离层处于活动高峰期,降低了相对定位精度,因此若处理电离层活动低谷期间的GPS观测数据,则可获得更高的监测精度结果。
4 结束语
本文研制的连续自动变形监测软件在程序设计方面采用GPS数据处理模块与用户交互界面模块分开开发的思想,极大地方便了软件后续研发的GPS算法更新与用户界面改进,同时降低了代码之间的耦合性,增强了代码的可重用性。在数据处理方面实现了事后处理、批量解算、自动监测三种模式,它们分别针对不同的应用,但构成了一个有机体,形成了一套GPS变形监测解决方案。除此之外,软件还实现了强大的图形可视化和变形监测结果分析等功能。通过处理实测数据表明,本软件能达到毫米级的定位精度,可满足一般的地质灾害GPS远程连续自动监测要求。而随着全世界GNSS技术的快速发展,多频多模逐渐成为当前卫星导航定位技术的主流应用,因此在后续的开发研究中,将不断升级本软件以支持多GNSS系统的数据处理功能。
参考文献
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GPS变形监测之高层建筑 篇3
1 GPS在变形监测中的应用现状
经过近十年的迅速发展,GPS观测边长相对精度已经能够达到10-9,比传统大地测量精度提高了3个量级。GPS技术在变形监测方面主要应用于以下领域:首先,利用GPS技术解决了常规观测中需要多种观测的问题,观测结果能充分反映滑坡的全方位活动性,是监测滑坡变形、掌握滑坡发育规律的切实可行的技术;其次,该技术可对大型建筑物位移实时监测,具有受外界影响小、自动化程度高、速度快、精度较高等优点,可以全天候测量被测物体各测点的三维位移变化情况,找出被测物体三维位移的特性规律,为大型建筑物的安全营运、维修养护提供重要的参数和指导;第三,GPS精密定位技术不仅可以满足水库大坝外观变形监测工作的精度要求,而且有助于实现监测工作的自动化。另外,GPS技术还应用于地面、海上勘探平台及高层建筑物等的沉陷观测中。
2 GPS变形监测的特点
2.1 测站间无需保持通视
由于GPS定位时测站间无需保持通视,从而可使变形监测网的布设更为自由、方便,并可省去不少中间传递过渡点,节省大量费用。
2.2 能同时测定点的三维位移
采用传统方法进行变形监测时,平面位移通常是采用正锤线、倒锤线、边角导线、方向交会、距离交会和全站仪极坐标法等方法来测定的,而垂直位移则一般采用精密水准测量、液体静力水准测量、倾斜仪等手段来测定。水平位移和垂直位移的分别测定不仅增加了工作量,而且监测的时间和点位也不一定一致,从而增加了变形分析的难度。
2.3 全天候观测
GPS测量不受气候条件的限制,在风雪雨雾中仍能进行正常观测。配备防雷电设施后变形监测系统就能实现全天候观测。这一点对于防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害监测等应用领域来讲显得特别重要。
2.4 易于实现全系统的自动化
由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的,而且又为用户预留了必要的接口,故用户可以较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的自动监测系统,实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化。有必要时,用户可以很方便地从控制中心的办公室中来观看每台GPS接收机的板面信息,也可以在办公室中发布命令来更改数据采样率、时段长度和截止高度角等设置。这对于长期连续运行的监测系统是很重要的,可降低监测成本,提高监测资料的可靠性。
3 GPS变形监测自动化系统
(1)数据采集。GPS数据采集分为基准点和监测点,为了提高数据的精度和可靠性,一般至少选取2个监测基准点,基准点的点位要稳定且能满足GPS观测条件。监测点的选取要能构反映被监测对象的形变,并能满足GPS观测条件。(2)数据传输。基准点采集的GPS观测数据,采用新一代的无线电通讯技术,将观测数据传输到磁盘或其他介质上。(3)数据处理,分析和管理。将观测资料传输至控制中心,通过控制中心的服务器,对数据进行处理,分析,贮存,管理。
4 GPS变形监测的应用
4.1 G P S在大坝监测自动化系统中的应用
大坝变形监测包括水平位移、垂直位移(沉陷)、挠度、倾斜、表面接缝和裂缝监测。水库或水电站的大坝由于水负荷的重压可能引起变形,需要对大坝的变形进行连续而精密的监测。GPS精密定位技术与经典测量方法相比,不仅可以满足大坝变形监测工作的精度要求(1.0~0.1)×10-6,而且更有助于实现监测工作的自动化。
4.2 GPS用于地面沉陷的监测
由地下煤炭、石油和天然气的开采,引起了许多矿区的地面沉降;由于过量地抽取地下水,也使许多城市的地面,产生了显著的沉陷。矿区地面形变测量包括矿区地表移动、露天矿边坡移动测量等。其测量的最终目的是通过不同观测时间测定的地面点的水平位置和高程,进行分析对比,得出地面点位的水平位移与沉降数据,进行变形分析与预测。使用GPS测量技术对上述沉降现象进行监测是经济而有效的。GPS测量不要求相互通视,且速度快,作业灵活,显著地提高作业效率。监测地面的垂直位移,无需将GPS测量的大地高程进行系统的转换,不仅简化了计算工作,同时也保障了观测精度。
4.3 GPS用于高层建筑物监测
高层建筑物动态特征的监测对其安全运营、维护及设计至关重要,尤其要实时或准实时监测高层建筑物受地震、台风等外界因素作用下的动态特征,如高层建筑物摆动的幅度(相对位移)和频率。传统的高层建筑物的变形监测方法(采用加速度传感器、全站仪和激光准直等)因受其能力所限,在连续性、实时性和自动化程度等方面已不能满足大型构筑物动态监测的要求。近年来,随着GPS硬件和软件技术的发展,特别是高采样频率(如10Hz甚至20Hz)GPS接收机的出现,以及GPS数据处理方法的改进和完善等,为GPS技术应用于实时或准实时监测高层建筑物的动态特征提供了可能.目前,GPS定位技术在这一领域的应用研究已成为热点之一,以高层建筑物动态特征的监测为例,设计了振动实验以模拟高层建筑物受地震和台风等外界因素作用下的动态特征,并采用动态GPS技术对此进行监测。实验数据的谱分析结果表明,利用GPS观测数据可以精确地鉴别出高层建筑物的低频动态特征,并指出了随GPS接收机采样频率的提高,动态GPS技术可以监测高层建筑物更高频率的动态特征,最终建立具有GPS数据采集、数据传输、数据处理与分析、预警等功能的高层建筑物动态变形自动化监测与预警系统。
5 结语
综上所述,GPS技术以其全天候、高精度、高速度、实时三维定位、误差不随定位时间而积累、高自动化等特点优于传统的测量技术,对于变形监测是一种非常有效的方法。特别是在大型工程中应用一机多天线监测系统,不但能大幅度降低成本,而且其精度不会降低,既提高了工作效率,又节省了大量的人力和物力。
摘要：本文分析了GPS技术在变形监测中应用的现状、特点和作业方式,探讨了GPS在大坝、地面沉降、高层建筑物等工程变形观测中的应用。
GPS变形监测之高层建筑 篇4
在当今的世界上会有许多灾害不经意地发生, 例如山体的滑坡、桥梁的坍塌、河堤的溃坝、以及房屋的倒塌, 河流的改道等, 而众多自然或者人工灾害的发生, 与灾害本身的变形都有着密不可分的联系, 从而经常会在不经意间造成严重的影响, 因而在与灾害的斗争、以及预防中变形监测有着举足轻重的作用。传统的变形监测技术已经逐渐的走向末路, 在科学技术的快速发展与当今社会中愈发的精准变形的监测结果, 传统的技术开始变得无法完全满足当今时代对于变形监测的要求。GPS以一种全新的具有全天候、高精度、自动化、速度快等诸多优点的空间定位技术开始出现在人类面前, GPS逐渐的被大量灵活应用在变形监测中。
2 GPS变形监测的概要
2.1 有关GPS变形监测的模式
当变形体的变形速率缓慢时, 或者在当地的空间范围和时间范围内有细微的差距出现时, 我们能够使用GPS变形监测, 而监测的周期频率所需要的时间有长有短, 可以是一个月甚至是多年, 它的监测对象可以是滑坡体、地震活跃区、大坝等。我们需要计算测量同一个测量监测点在两个或多个观测周期之间的变化大小来确定情况。或者使用GPS静态相对定位测量方法, 用两个或两个以上的GPS接收器放置在观测点, 同时观察一段时间。
2.2 GPS变形监测数据处理
GPS监测中所需要进行的数据处理主要是针对监测网的解算和平方差计算。其中与瑞士伯恩大学和GAMITGLOBK软件开发的软件伯恩的技术麻省理工学院计算GPS基准网基线, 使用IGS精密星历。该软件的调整主要是采用动乐科研办公软件, 最初由测绘GPSADJ一系列的调整处理软件和同济大学TGPPS静态定位后处理软件的武汉科技大学开发的。此类软件以两个不同的方面对GPS进行数据处理, 首先是原始数据处理的GPS基线解算, 获得同步观测, 二是解决了同步的整体调整和分析, 获得GPS网络的整体解决方案。对于监测点的计算, 可以选择“中直接提取变形GPS高精度计算软件”。
2.3 GPS变形监测问题
GPS变形监测并非是完美无缺, 在许多方面也有不足, 以下便是存在的几个问题: (1) 因为卫星信号受到遮挡从而导致信息无法得到有效的接收, 所以GPS变形监测的精确性和安全性不一定可靠。 (2) 当利用GPS点进行变形监测时, 仅仅可以得到变形体的离散点数据, 不能够得到其表面的全部数据。 (3) 到现在为止, GPS的监测水准在水平方向和垂直方向精确度不同, 二者中水平方向位移的精确度很高, 然而它在垂直方向上位移的精度很差, 所以不适合测量在水平位移和垂直位移上都有极高要求的变形体。由此可见, GPS变形监测在不少方面有缺陷, 在使用时要实际情况为主, 再以RS、GIS等技术作为辅助, 借此来加强监测精准度。
3 GPS变形监测技术现状
3.1 在线实时分析系统
在GPS、无线电传输及GIS, RS等技术不断缺的进步的情况下, 在针对山体滑坡和区域性地壳变形、多层建筑的监测, 着手创立实时的在线动态变形监测分析系统是一个非常重要且极为明智的选择。在线动态变形监测分析系统是通过采集数据、有线传输、数据无线和数据分析处理等方面组成。它可以通过动态监测, 借助无线电的传输技术, 适时地将信息传输到终端, 并且可以借助GIS进行数据处理, 从而得到动态实时分析变形的结果, 进而得出分析变形的规律、现状与它的发展方向, 以真实可靠的科学依据实现了防灾减灾。此外, 由于不少的学者使用Visual Basic6.0可视化的工具, 从而实现GPS与GIS的相互融合优势互补。进而使得远程变形监测智能预警系统成功的建立。
3.2 建立3S集成变形监测系统
为了克服GPS变形监测中信号差和垂直位移监测精度低, 噪音干扰等问题的局限性, 所以, 根据变形监测的特定对象, GPS技术可以用RS和GIS技术相结合, 3秒一体化集成变形监测体系的建立。技术如GPS和INSAR技术的综合建筑变形监测系统, 实现全动态测量精度四维变形 (X, Y, Z, T) , 已应用于变形监测的高速公路采空区。GPS和GLONASS组合定位, 计算双差模糊的定位, 引入相对定位精度, 提高定位精度的可靠性。
4 GPS变形监测发展趋势
变形监测精度要求开始愈发的严格, 现代网络信息化技术与GPS技术的发展又加剧了这一要求, 当前使用的监测技术已经无法满足逐步严格的精度要求。因而目前GPS变形监测发展的主流是以GIS、RS、GPS等3S技术与Web动态监测、三维可视化监测等技术为基础相互结合, 形成优势互补。
4.1 建立GPS变形监控在线实时分析系统
与在线实时分析系统的相互融合是GPS变形监测监控系统在不远的将来的一种不可阻挡的发展方向。GPS变形监控在线实时分析系统的出现的原因有很大一部分是由于与高层建筑等地区需要GPS变形监控以及桥梁的越来越多而造成的。而且以实时性为核心技术基础的在线实时监控系统, 它的主要特色便是依赖高速、强大的数据库在信息获取和传输以及信息的处理方面给予高度支持。
4.2 基于web动态监测
当今社会是一个网络化的社会, 在当今的社会中, 我们可以把有关GPS变形监测的数据与分析结果发布到互联网上, 与此同时我们还可以上传有关变形监测的变形速率、曲线图及各种结果的预测分析, 真正的达到智能化的目标, 人们此时真正能够在互联网的蝮蛇网中可以随时随地的具体了解变形体的整个变形过程。
4.3 四维监测信息可视化表达
三维可视化技术实现了真正的发展, 取得了质的飞跃, 三维可视化技术, 顾名思义它是一种在经过对地表、地面、地下等三方面的信息进行收取后, 通过利用电脑软件分析数据从而构建三维模型的技术。它实现了对监测对象进行三维立体的全方位的观察。此外, 在针对之前大量的数据资料进行分析后, 可以在时间轴上分析预测等技术, 得到可视化三维预测的结果, 满足了监测在X、Y、Z、T四维的可视化表达的要求。实现了预警预报模型的建立和对危害范围进行四维可视化分析。达到了更为立体真实的动态实时变形监测。
5 结束语
作为一种将全天候、高精度、自动化、高速度等诸多优点集于一身的GPS技术, 毫无疑问, 在针对地壳运动、地质灾害、水库工程、高层建筑等的变形监测中GPS具有不容置疑的作用, 但是GPS并非完美无缺, 它在高密物体覆盖区信号会变差, 在垂直位移监测时精度不准确, 甚至GPS会有噪声干扰问题的局限性, 此类情况的层出不穷, 促使了GPS与遥感、地理信息系统技术等技术互相补充, 从而真正的达到了实时动态的高精度变形监测的任务。GPS技术在其他技术的出现发展中, 不断的汲取优点, 形成优势互补, 实现了有效集成。GPS能够充分直观、快速的达到防灾、减灾、预警、预报四维一体的检测, 有效的提供了有关城市应急的技术支持。
参考文献
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GPS变形监测之高层建筑 篇5
1 在变形监测中应用GPS技术的优势
GPS又称为全球卫星定位系统, 凭借其精准的定位能力以及强大的监测功能, 在我国测量技术中得到了广泛的应用。受益于我国市场经济飞速增长, 我国建筑行业也呈现了蓬勃发展态势, 然而各项基础设施使用时间逐渐增长, 各类建筑无可避免地会发生变形, 如果不及时发现, 将会产生严重的安全隐患, 对社会造成极大负面影响。所以, 变形监测工作不容忽视。在变形监测中, GPS技术优势主要如下。
1.1 监测效率高
由于GPS定位是由高到低, 所以不用考虑通视问题, 极大程度地省去了中间传递过渡点, 并可以自由地布设变形监测网, 有效提高了监测效率。
1.2 实现监测系统自动化
因为GPS接收机能够自动完成数据收集工作, 并预设重要端口, 所以可将GPS变形监测系统建立成为自动化监测系统, 从而使得数据采集、处理、传送、分析、报警、入库等一系列工作可以实现自动化运行。这在一定程度上减少了人工处理的环节, 大大减少由于人为因素而造成的误差, 从而能有效提升监测数据的准确性。
1.3 可同时提供监测点三维位移数据
在以往变形监测方法中, 往往需要采取不一样的方法来分别检测垂直位移与平面位移的信息, 这极大的增加了工作量, 延长了监测周期, 加大了变形分析难度。而GPS具有极强的自动化测量能力, 可以同时准确地测量出监测点三维位移数据。
1.4 可全天候作业
由于GPS的独特性, 其测量作业不会受到气候条件的影响, 装配防雷设施后, 即可全天候、全方位地进行观察作业。对于洪涝、地质塌陷等一系列灾害事故监测来说具有极其关键作用。
2 GPS定位技术在变形监测中的具体应用
2.1 GPS变形监测模式
2.1.1 周期性变形监测
该监测模式的使用频率极高, 对测点相对位置进行周期性测量, 并对两个测量周期的位置变化情况进行计算从而达到测定变形的目的。通常情况下, 采取静态相对定位的方法来取得基线向量, 接着通过网平差来控制与分析观测的质量, 从而得到监测点准确坐标, 最终通过统计检验方法来判定这两个周期测量所得坐标差是不是变形量。
2.1.2 连续性变形监测
该方式是通过固定预期来长期地收集数据, 以形成变形数据序列。虽然该方式是重复对测点进行观测, 但该方式观测到的数据具有连续、高时间分辨率的特点。其可依据变形体特点, 来选用动态相对定位或静态相对定位的数据处理方式来观测变形体。
2.1.3 动态监测
在传统的变形监测中, 多数是采用激光干涉仪、加速度计来对建筑结构的振动特性进行测定。但随着建筑高度逐渐上升, 其对变形监测工作也有了更大地挑战。GPS定位技术凭借其优秀的软硬件功能成为了动态变形监测的重要手段。尤其是GPS接收机具有极高的采样率, 在监测大型结构的动态特性中已获得了卓越的成效, 并逐渐得到普及使用。例如, 于强风状态中, 选用GPS技术测量加拿大Calgary塔结构动态变形、选用GPS来测量深圳地王大厦风力振动特性等。
2.2 GPS在变形监测中的测量方法
①由于GPS监测对象与要求均各不相同, 所以其测量方法可以归纳为三种:静态、快速静态以及动态测量。静态测量法与动态测量法均有着各自的优点与缺点, 在实际测量当中应根据具体需求来选择最佳的测量方法。通常情况下, 监测网、基准网边长<10 km时应选用静态测量法, 设置GPS接收机≥3台, 进行同步观测, 测量时间控制1~2 h内, 每隔10 s进行一次采样, 其水平精度<3 mm, 垂直精度小于5 mm;测量监测网, 应选用快速静态测量法, 设置GPS接收机2台, 进行同步观测, 时间>5 min且<10 min, 每2 s进行一次采样, 其水平精度<5 mm, 垂直精度<8 mm;监测桥梁或进行低精度监测时, 可选用动态测量法, 设GPS接收机置1台, 于各个监测点进行流动观测, 每1S采样一次, 其精度可达1~2 cm。
②GPS变形监测网的设计。首先, 保证GPS变形监测满足相关测量规范的要求, 并且根据有关规范来划分其等级与精度。其次, 应确定GPS变形监测网将选用基准, 也就是起算数据与坐标系统。通常情况下, 其坐标系统可选用WGS-84坐标系, 也可选用国家或是地方独立坐标系。如若起算点, 误差大于或等于5 m, 则其对基线矢量的影响则将达到10~6 m。然而由于受到电磁波传播误差或卫星星历误差的影响, GPS单点定位的误差无法控制在5 m以下, 所以, 设计GPS监测网基准点, 应与监测区临近高精度国家GPS点进行联测。如若没法与高精度国家GPS点进行联测, 则应以初始坐标作为基准点, 对GPS观测数据进行处理, 其坐标系依旧是WGS-84坐标系。
摘要：由于GPS技术具有精确、实时、快速等特点, 并可向用户24 h提供精确的三维速度、坐标以及时间信息等参数, 当前已于路桥、地面沉降、滑坡、大坝等变形监测中普遍使用, 可以极大程度地降低事故发生率。笔者将从GPS技术在变形监测中的优势着手, 探析其于变形监测中的具体应用, 以供同行参考。
关键词：GPS定位技术,变形监测,应用
参考文献
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GPS变形监测之高层建筑 篇6
GPS系统是美国于1994年全面建成的卫星导航定位系统。GPS系统具有测量精度高、操作简便、仪器体积小、便于携带、全天候操作、观测点之间无须通视等优点。我国测绘行业最初主要将GPS系统用于高精度大地测量和控制测量, 建立各种类型和等级的测量控制网, 经过多年的研究和应用, 现在GPS技术已经在其他测量领域如工程测量、变形观测、航空摄影测量、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等方面得到了充分的应用。
一机多天线GPS变形监测技术是利用GPS一机多天线控制器, 使一台GPS接收机能够同时连接多台天线。这样在每个监测点上只需安装天线, 不再安装接收机, 10个乃至20多个监测点共用1台接收机, 整个监测系统的成本将大幅度下降, 工作效率却得到了大幅提升。
2基本原理与定义
GPS一机多天线监测系统是采用一台GPS接收机与若干个天线构成GPS监测系统的方式进行实时监测。系统主要由以下部分组成:GPS多天线控制器、天线阵列组、基站、数据处理、控制中心、传输系统 (含信号放大器) 、供电系统等。工作过程:GPS信号经天线阵列经低噪声信号放大器进入多天线控制器, 通过多天线控制器实现多路信号的无干扰接收。数据可通过不同的通讯方式传输到数据处理控制中心进行处理解算, 根据处理解算的数据监测实体建模分析、数据库管理并形成监测报告。
3主要技术内容及特点
3.1 GPS多天线控制器由硬件控制器和软件控制器控两部分组成, 是实现一机多天线监测系统的基础。GPS多天线控制器是以嵌入式工业控制计算机作为核心, 并配有LCD液晶显示器同时将双频GPSOEM板、控制电路板集成在一起而组成的功能单元。它将无线电通信中的微波开关技术、计算机实时控制技术等有机结合, 从而实现了1个GPS接收机就可以互不干扰地接收许多个GPS天线传输来的信号。
3.2 GPS一机多天线监测系统存在的主要问题就是GPS信号在传输过程中衰减过大。这是由于监测系统控制的区域一般比较大, 地形比较复杂, 测点之间的距离遥远, 而远距离传输会造成GPS信号不断衰减, 距离越远衰减越大。为了解决这个问题一方面要提高传输介质的性能 (如采用低损耗电缆或光线传输) , 从而减少因传输介质本身因素造成的衰减, 另一方面也可采用相关设备进行适当的信号增强, 以弥补在传输过程中的能量衰减, 从而保证GPS信号的有效传输。
3.3技术指标与技术措施
3.3.1 GPS一机多天线控制器不但能使一台GPS接收机能接收并处理多个GPS天线传来的互不干扰的信号, 而且确保多天线控制器中微波开关各通道的高隔离度和最大限度地减少GPS信号衰减。
3.3.2信号经过滤波技术和定位算法, 可实现平面观测中误差2mm~3mm, 高程小于5mm的定位精度。
3.3.3基站的位置选择要遵守GPS参考站网技术规范, 同时也要考虑服务的对象的具体需求。各监测点的选择也必须遵守GPS测量规范的相关要求, 同时也要考虑监测的任务、监测区域的位置、环境, 而且每一个监测区域必须做GPS信号测试。
3.3.4由于自动化变形监测系统一般都是长期自动连续工作, 所以要求所采用的GPS接收机和其他电子设备具有较高的稳定性能, 能够长时间、稳定、可靠的工作, 使监测系统更加安全高效进行实时监测, 并提供可靠的监测数据。
3.3.5数据通信和供电系统可采用无线传输及太阳能供电的方式, 无线传输要能够远程控制、双向通信、不依靠第三方传输媒介, 供电方式要能够保证连续供电一个以上的阴雨天, 而且蓄电池要能够在低温的情况下连续工作。
3.3.6对各监测点的响应时间, 系统可根据需要进行设置。
3.3.7良好的GPS信号解算软件和监测数据管理系统。系统完全是自动运行, 如数据自动传输、数据自动处理及自动网平差, 数据自动分析、自动报警及自动生成报表等。
3.3.8系统能够预防直接雷与感应雷的袭击, 不受天气环境的影响, 避雷方式采用多重防护。
3.3.9满足《全球定位系统GPS测量规范》GB/T18314—2009;《混凝土大坝安全监测技术规程》DL5178中的有关技术要求。
3.4适用范围与应用前景
GPS一机多天线实时监测系统既能够满足边坡、危险区域实现实时全天候监测的需要, 又能满足监测精度要求, 同时与一机一天线系统等比较大大降低了成本。在水电站工程、桥梁、大坝以及其他建构筑物安全监测中可得到广泛的应用。
3.4.1根据上述特点一机多天线GPS随着GPS技术的发展, 监测精度不断提高, 监测成本逐渐降低, 不仅在水电站的边坡工程上, 特别是在大坝表面的变形监测实现自动化方面, 会得到进一步的完善。
3.4.2应用于露天煤矿监测系统中的监测专用接收机, 通过高频无线传输终端的方式实现传输GPS原始数据到控制中心, 控制中心准实时 (解算周期为3h一次) 解算出各监测点三维坐标, 数据分析软件结合GPS监测数据进行实时分析, 并有效、及时做到警报。
3.4.3在尾矿库及渣场的堆积坝和边坡的位移监测中, 采用GPS监测专用接收机及一机多天线技术, 可以实现实时监测而自动解算功能能24h不间断准实时解算出各监测点三维坐标。同时系统自动分析出坝体及边坡的变化规律, 从而做到了及时预警, 消除事故隐患。
3.4.4应用于大桥GPS自动化监测系统中, 系统可由基站和监测站组成。基站设在附近稳定的基岩上, 监测点则布置在大桥的各关键位置。数据传输采用先进的光纤数据传输方式。控制中心配备服务器, 用于设备控制和实时对数据进行分析和图形处理。
摘要：GPS一机多天线技术可以实现高度自动化测量, 即降低了监测系统的成本, 又能够快速得到高效、可靠的点位监测数据。本文对GPS一机多天线技术的特点和在工程测量中的应用进行了分析。
关键词：GPS,变形监测,应用
参考文献
[1]DL/T5178-2003, 混凝土大坝安全监测技术规程[S].
GPS变形监测之高层建筑 篇7
以往变形监测方法是用常规大地测量方法, 即:平面位移采用经纬仪导线或三角测量方法, 高程用水准测量方法。20世纪80年代中期出现全站仪以后, 利用全站仪导线和电磁波测距三角高程方法进行变形监测。GPS卫星定位系统出现以后, 由于GPS定位是利用接收空中卫星信号测距进行定位, 国内外专家学者研究表明应用IGS精密星历和最新版本的GAMIT高精度GPS数据处理软件处理数据, 中短边相对中误差优于1.4×10-7, 长边相对中误差优于1.8×10-9, 最弱点点位中误差水平分量优于2mm, 可以满足测量控制及滑坡监测精度的要求, 而高程监测可直接使用通过网平差获得高精度的大地高差。
GPS用于短距离变形监测的精度可达亚毫米级, 从而为大型建筑物及滑坡崩塌等高精度变形监测提供了一种新的手段。GPS用于变形监测作业主要方法有经典静态测量方法用于缓慢变形场合, 如地壳板块运动, 城市地表沉降等。对于缓慢变形场合, 常用静态基线解算方法, 如FARA.对于动态变形监测常用OTF方法或模糊度函数法求解整周模糊度。有关的研究表明:将GPS用于动态变形监测的水平精度不低于常规方法, 但高程分量比常规方法低, 不过其效率是常规方法无法比拟的。这种监测系统有如下优点。
1 测站之间无需通视
GPS测量一个显著特点就是点之间无需保持通视, 对于传统地表变形监测方法, 点之间只有通视才能进行观测, 只需测站上空开阔即可, 可省去不必要的中间传递过渡点, 节省很多费用, 可使变形监测点位的布设方便而灵活。
2 操作简便
GPS测量的自动化程度很高。观测人员利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标, 目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化, 只需将天线对中、整平, 量取天线高打开电源即可进行。其它观测工作如卫星捕获, 跟踪观测等均由仪器自动完成。
3 同时提供监测点的三维位移信息
采用传统方法进行变形监测时, 平面位移和垂直位移是采用不同方法分别进行监测的, 这样不仅监测的周期长, 工作量大, 而且监测的时间和点位很难保持一致, 为变性分析增加了难度。采用GPS可同时精确测定监测点的三维位移信息。
4 监测精度高
实践证明, 利用GPS进行变形监测可获得± (0.5~2) mm的精度。在变形监测中, 如果GPS接收机天线保持固定不动, GPS可以提供1×10-6甚至更高的相对定位精度, 不会影响变形监测的结果的因素, 包括天线的对中误差, 整平误差, 定向误差, 天线高测定误差等。卫星信号的传播误差中的公共部分的影响, 解算软件本身的不完善, GPS数据处理时起始坐标的误差, 也可以得到消除或减弱。
5 全天候作业
GPS观测可在任何地点, 任何时间连续地进行, 一般不受天气状况的影响。配备防雷电设施后, GPS变形监测系统便可实现长期的全天候观测, 它对防汛抗洪, 滑坡, 泥石流等地质灾害监测等应用领域极为重要。
与常规的大地形变监测手段相比, GPS定位技术具有测站间无需保持通视, 可全天候同时测定点的三维坐标, 精度高, 速度快, 费用少以及人力省, 作业强度低等优点。目前, GPS定位技术已被广泛应用于板块运动及地壳形变监测, 大坝、桥梁、高层建筑等工程建筑物的变形监测以及滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的监测上。由于GPS高程分量精度得到不断提高, 在板块运动、地表沉降、大坝自动化监测、陆海垂直运动监测、滑坡监测等方面, 国内外进行了一些科学研究, 获得了令人满意的结果和精度。
摘要：变形是指变形体在各种影响因素的作用下, 其形状、大小及位置在时空域中的变化。自然界存在各种形式的变形, 如地壳形变、滑坡、采矿塌陷、岩崩、地表沉陷等。与常规的大地形变监测手段相比, GPS定位技术具有测站间无需保持通视, 可全天候同时测定点的三维坐标, 精度高, 速度快, 费用少, 人力省, 作业强度低等优点。在板块运动、地表沉降、陆海垂直监测、滑坡监测等方面, 由于GPS高程分量精度得到不断提高, 国内外进行了一些科学研究, 获得了令人满意的结果和精度。
关键词：GPS变形监测,监测系统优点
参考文献
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