熊娜莎

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510731)

GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

熊娜莎

(廣州港工程管理有限公司,廣東廣州 510731)

在工程的變形監(jiān)測(cè)中分析GPS應(yīng)用情況以及GPS具有方便實(shí)用等特點(diǎn),GPS技術(shù)的應(yīng)用由于其受環(huán)境的局限性和測(cè)量工具使用不便等情況影響較小,從而在變形監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域可大放手腳。由于GPS可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù),目前在各類變形監(jiān)測(cè)中已得到了廣泛的應(yīng)用。

GPS技術(shù) 變形監(jiān)測(cè) 應(yīng)用

1 GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

變形監(jiān)測(cè)又稱變形測(cè)量或變形觀測(cè)，其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。變形監(jiān)測(cè)技術(shù)包括常規(guī)大地測(cè)量技術(shù)、特殊變形測(cè)量技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)和GPS技術(shù)。GPS技術(shù)經(jīng)過(guò)短短幾年的發(fā)展，觀測(cè)邊長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到了10-8～10-9的相對(duì)精確度，在傳統(tǒng)的測(cè)量精確度上還提高了4個(gè)量級(jí)。GPS技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行全方位、全天化的定位監(jiān)測(cè)，同時(shí)提供高精度的三維坐標(biāo)定點(diǎn)，測(cè)站之間也不存在通視要求，所以現(xiàn)如今被廣泛應(yīng)用。在變形監(jiān)測(cè)上GPS主要被應(yīng)用于滑坡觀測(cè)、位移監(jiān)測(cè)等，在滑坡觀測(cè)中，用GPS觀測(cè)，能對(duì)滑坡的整體活動(dòng)性進(jìn)行全方位的觀測(cè)。我國(guó)的變形監(jiān)測(cè)大多采取常規(guī)大地測(cè)量和特殊變形測(cè)量相結(jié)合的方式來(lái)完成任務(wù)的，但是由于其作業(yè)強(qiáng)度太大，在測(cè)量進(jìn)行的過(guò)程中又比較容易受到環(huán)境的影響，因此，效率較為低下。GPS應(yīng)用于工程變形監(jiān)測(cè)中不僅具有速度快、受外界的影響較小、精確度比較高以及自動(dòng)化的程度比較高等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以對(duì)大型建筑物的各個(gè)被測(cè)點(diǎn)的三維移動(dòng)變化進(jìn)行全天候的測(cè)量，GPS技術(shù)的出現(xiàn)為變形監(jiān)測(cè)注入了新鮮血液，當(dāng)我國(guó)的變形監(jiān)測(cè)還停留在常規(guī)大地測(cè)量與特殊變形測(cè)量相結(jié)合的技術(shù)層面上時(shí)，國(guó)外的變形監(jiān)測(cè)已經(jīng)進(jìn)入了GPS時(shí)代，在水庫(kù)大壩的外觀變形監(jiān)測(cè)工作中，GPS技術(shù)不僅可以滿足其精確度的要求，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)。地面、高層建筑物以及海上勘探平臺(tái)等沉陷方面也采用GPS的應(yīng)用監(jiān)測(cè)。

2 工程變形監(jiān)測(cè)中的GPS新技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)

變形監(jiān)測(cè)不僅能監(jiān)視建(構(gòu))筑物的安全狀態(tài)，而且其結(jié)果也是對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，同時(shí)起到反饋施工質(zhì)量的重要作用，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究提供重要的資料和依據(jù)。在對(duì)國(guó)內(nèi)外變形監(jiān)測(cè)技術(shù)中GPS技術(shù)的應(yīng)用歷史和狀況有所了解后，對(duì)其當(dāng)下的應(yīng)用狀況和變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)際要求進(jìn)行推測(cè)，工程變形的監(jiān)測(cè)成果的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性是通過(guò)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)來(lái)反映。傳統(tǒng)手段的變形監(jiān)測(cè)，通常受到環(huán)境、地形以及設(shè)備儀器等因素的影響比較大，GPS技術(shù)的應(yīng)用給測(cè)量技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命。引進(jìn)GPS技術(shù)這種高精度儀器的應(yīng)用，輕易的就解決了監(jiān)測(cè)網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)位置的設(shè)置，設(shè)置在變形區(qū)域外圍，保障了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.2 對(duì)時(shí)段和周期的觀測(cè)設(shè)計(jì)

大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)變形體的變形規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，更好的掌握變形機(jī)理，給出合理的物理解釋，建立有效的變形預(yù)報(bào)模型，是變形監(jiān)測(cè)的中心任務(wù)。能夠使得一些大型自然災(zāi)難發(fā)生的可能性分析和預(yù)測(cè)提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)根依據(jù)，這一點(diǎn)對(duì)于一些活躍期的斷層相對(duì)運(yùn)動(dòng)和活躍階段的滑坡變形監(jiān)測(cè)具有重大意義。對(duì)時(shí)段和周期的觀測(cè)，把工程變形如緩慢長(zhǎng)期的變化、快速持續(xù)的變化以及劇烈的變化等性質(zhì)結(jié)合整個(gè)工程進(jìn)行分析，得出科學(xué)合理的觀測(cè)周期，不僅有利于對(duì)監(jiān)測(cè)意圖的實(shí)現(xiàn)，還有利于對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。為安全性診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說(shuō)，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的變形預(yù)報(bào)模型等。

2.3 對(duì)圖形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)

雖然GPS技術(shù)的應(yīng)用為變形監(jiān)測(cè)技術(shù)帶來(lái)了技術(shù)層面上的革新，然而在應(yīng)用的過(guò)程中，GPS技術(shù)還是存在著許多不盡人意的地方。在選擇圖形過(guò)程中，需要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)有效控制變形點(diǎn)的同時(shí)，也要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相互進(jìn)行檢校。圖形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的參數(shù)識(shí)別設(shè)計(jì)以及模型識(shí)別設(shè)計(jì)對(duì)變形模型有保障作用，利用這些資料首次建立了定量的中國(guó)大陸及其周圍地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)的速度場(chǎng)，給出了中國(guó)大陸地殼水平運(yùn)動(dòng)的基本特征，得到了中國(guó)地殼水平運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)明顯的非均勻性。

3 GPS變形監(jiān)控實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的應(yīng)用

建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)對(duì)于大壩、大型橋梁、高層建(構(gòu))筑物、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測(cè)，研究建立技術(shù)先進(jìn)而又實(shí)用的GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的靜態(tài)平差是把各期的外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行平差，解算時(shí)并不考慮相鄰兩期觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的動(dòng)態(tài)參數(shù)。變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建方面可以在研究的過(guò)程中試圖在了解到某項(xiàng)監(jiān)測(cè)任務(wù)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的基本要求后，將GPS技術(shù)與其他變形監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，組建成一套綜合變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于建立連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大壩和滑坡等變形監(jiān)測(cè)，成本較為昂貴，因此，研究低成本的GPS一機(jī)多天線變形在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)也一個(gè)頗有實(shí)際意義的研究方向。而對(duì)于不同的變形體和不同的監(jiān)測(cè)環(huán)境，可分別選擇經(jīng)典自由網(wǎng)平差、秩虧自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差進(jìn)行整網(wǎng)的平差解算。將使地殼形變觀測(cè)在空間域的控制能力和分辨能力方面得到極大地提高，這也為GPS等空間測(cè)地技術(shù)用于大型工程的變形監(jiān)測(cè)帶來(lái)了新的機(jī)遇，為推進(jìn)高精度變形監(jiān)測(cè)的研究注入新的活力。以大壩變形監(jiān)測(cè)為例，建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理分析和管理。

4 結(jié)語(yǔ)

GPS技術(shù)由于其實(shí)時(shí)性能的表現(xiàn)、連續(xù)工作的特性、高精度的定位性能和自動(dòng)化程度較高的基本優(yōu)勢(shì)，基于GPS技術(shù)的變形監(jiān)測(cè)理論與方法，是當(dāng)前廣泛采用的變形監(jiān)測(cè)新方法、新技術(shù)之一。GPS衛(wèi)星定位技術(shù)相比于傳統(tǒng)的測(cè)繪作業(yè)方法與模式有著顯著的特點(diǎn)和優(yōu)越性，其優(yōu)越的性能及廣泛的適用性，在GPS等空間測(cè)地技術(shù)不僅可以應(yīng)用于水庫(kù)大壩及各種滑坡的精密外觀形變監(jiān)測(cè)，而且已經(jīng)用于研究板塊運(yùn)動(dòng)、亞板塊運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題，這在過(guò)去是不敢想象的。GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，不僅降低了成本，節(jié)省了人力物力，還提高了精確度和工作效率。GPS應(yīng)用于大壩和滑坡體等的外觀變形監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)的地面測(cè)量技術(shù)相比有其獨(dú)特的優(yōu)越性，但是成本亦較為昂貴。

[1]王博.GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析探討[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì), 2010(5).

[2]吳彰森.變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].科技資訊,2008(35).

[3]侯斌.GPS技術(shù)在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)與財(cái)富, 2012(4).