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定位技术在变形监测中的应用

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:选择的GPS测站位置应同时满足变形观测点位布设的需要及适合GPS观测的需要两个方面。GPS用于变形观测时,可选用定期重复观测或连续观测的模式。采用GPS技术进行大坝变形观测,能大大提高观测速度,降低观测工作的劳动强度,能快速及时地提供观测成果。随着GPS硬件和软件的发展与完善,其在大型结构体动态特性和变形监测方面已表现出其独特的优越性。

利用GPS定位技术进行变形观测有以下优点:

(1)测站间无须通视。从而可使变形观测网的布设更自由、方便,并可省去不少中间传递过渡点,节省费用。

(2)同时监测三维位移。传统变形观测方法只能提供一维测量(如水准测量、引张线测量等)或二维测量(如三角网、交会测量等)结果,而GPS可以提供三维变形数据。

(3)受气候条件影响小,可全天候观测。这一点对于坝体变形监测、滑坡监测等尤为重要,因为在暴雨发生时,洪水及地下水位的上升对坝体及边坡的安全威胁最大。

(4)易于实现观测自动化。由于GPS观测的数据采集工作是自动进行的,而且一般接收机又为用户预留了必要的接口,故用户可以较为方便地把GPS变形观测系统构建成无人值守的自动观测系统,实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化。

(5)严格定义的参考系统。GPS变形观测数据很容易纳入严格定义的全球参考系统,如WGS 84或ITRF 2000等。

利用GPS技术进行变形观测也存在一些不足之处,主要表现在:GPS信号容易受障碍物的遮挡或受多路径误差的影响或受到测站周围的电磁场影响;GPS信号受大气的影响,尤其是电离层对流层的影响,当参考站与监测站之间的距离或高程差较大时影响比较严重。这些因素会造成理想的GPS测站位置和需要观测的点位可能不一致。

一、GPS变形观测的实施

(一)观测站选择与标志建立

选择的GPS测站位置应同时满足变形观测点位布设的需要及适合GPS观测的需要两个方面。为了保持点位的稳定及便于长期观测,一般应设立专门的标石。另外,GPS天线最好离开地面一定距离,以避免或减少地面造成的多路径误差。监测站与参考站应尽量靠近。

(二)GPS观测模式的选择

GPS用于变形观测时,可选用定期重复观测或连续观测的模式。定期重复观测模式适用于观测较缓慢的变形,一般采用静态相对定位的方法,数据处理与分析一般于事后进行。

使用连续观测模式时,GPS接收机保留在测站上,连续采集数据,获得变形观测数据序列。虽然连续观测模式也是对测点进行重复性的观测,但其观测数据是连续的,具有较高的时间分辨率。根据变形体的不同特征,GPS连续观测可采用静态相对定位和动态相对定位两种方法。例如,大坝在超水位蓄洪时,可能需要实时监视其变形状况,这时就要求观测系统能够实时的数据传输、数据处理与分析。有的观测对象虽然对时间采样率要求较高,但是数据解算和分析可以是事后的。如桥梁的静荷载、动荷载试验和高层建筑物的振动测量,其观测的目的在于获取变形信息,数据处理与分析可以是事后进行的。

(三)数据采集与传输

采用定期重有观测模式时,数据采集时一般在测站上先将数据记录在接收机的记忆体上,回到办公室后再将数据下载到计算机上进行处理和分析。对于连续观测模式而言,数据采集时一般实时或定时地将观测数据通过有线或无线通信网络传输到办公室,整个过程可在计算机控制下自动进行。

(四)GPS数据处理

对于高精度GPS变形观测网,要想获得满意的结果,数据处理是关键的环节。不同的数据处理方法可能得到不同的处理结果,因而影响到变形值的可靠性。因此,对于高精度GPS变形观测网,正确地进行基线处理,以及选择正确的平差方法,确立一个对变形分析比较有利的基准,是变形观测数据处理的关键。

数据处理可分为静态数据处理和动态数据处理两种方式。对于高精度GPS静态数据处理,常采用高精度GPS数据解算软件完成,比较著名的软件有美国麻省理工学院(MIT)和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所(SIO)研制开发的GAMIT / GL0BK软件、瑞±BERNE大学研制开发的Bernese软件和美国喷气推进实验室(JPL)研制开发的GIPSY /OASIS等。 目前,GPS动态观测数据处理主要采用的是整周模糊度动态解算法

二、GPS定位技术在工程建筑物变形观测中的应用

(一)大坝变形观测

水库的大坝,由于受水压力及其他因素的影响,可能会产生形变。为了及时发现异常现象及采取措施,确保大坝安全,需要对大坝进行变形观测。采用GPS技术进行大坝变形观测,能大大提高观测速度,降低观测工作的劳动强度,能快速及时地提供观测成果。大坝变形观测应定期进行,当发生水库空库、最高水位、高温、低温、水位骤变、位移量显著增大及地震、洪水等情况时,应及时增加数据采集频率,并及时提供观测结果。

(二)高层建筑物变形观测

高层特别是超高层建筑,高宽比很大,其对抗风、抗震的要求很高。在自然和人为因素的影响下,建筑物上部可能产生侧向位移,为了保证建筑结构的安全,特别是能承受暴风雨、强台风的袭击,必要时,应对其进行变形监测,为建筑结构的安全评价提供数据。

随着GPS硬件和软件的发展与完善,其在大型结构体动态特性和变形监测方面已表现出其独特的优越性。GPS不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点,而且利用GPS技术、计算机技术、数据通信技术及数据处理与分析技术进行集成,可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的全自动化、实时进行高层建筑物的动态变形监测。

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