中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 650031
摘要：全球导航卫星系统技术通过以其高定位精度、实时性以及相对应自动化处理被广泛应用于工程测量中的变形监测当中。通过接收器接收监测数据，然后进行传输和处理，使用微分模型解析相对应三维坐标，设置阈值并开发相关报警软件，以进一步有效形成整个GNSS应用监测系统。严格按照相关技术标准要求建立监测网，通过对监测点的变形监测数据处理分析，得到变形体的变形结果，为保障人民生命财产安全提供客观数据支持。
关键词：GNSS；变形监测；定位技术；应用分析
引言
我国北斗导航系统是导航系统家族当中不断发展起来的重要成员，分别于2012年年底建成北斗二号系统，2020年7月完成了北斗三号系统组网并向全球提供服务。但是相较于GPS、GLONASS等导航系统来说北斗系统还正处于建设阶段。虽然我国北斗导航系统发展相对较晚，但其发展速度和定位精度与其他导航系统基本一致，尤其是其还具有地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等混合星座、多频信号功能及短报文功能等，进一步使得相关全球定位导航多样化，同时还可结合多个系统进行高精度定位。随着现阶段我国相关技术的不断发展，超高层建筑的数量以及高度也在不断增加，这就在一定程度上产生了安全风险，在风能、温度、日光和地震等等多方面因素的影响下，超高层建筑所承受的荷载可能会更大，进一步导致超高层结构发生损坏，危及人民生命财产安全。随着现阶段大型工程建筑的出现以及相关地质灾害的不断频发，变形监测的重要性也在日益增加，这使得变形监测的理论和技术得到了快速发展。变形监测方法包括传统的大地测量技术、特殊变形监测技术、近景摄影测量技术和激光雷达扫描技术等。现阶段随着GNSS技术的不断进步，它已经被广泛应用于超高水平变形监测领域。GNSS发展已逐渐将空间技术从单一系统转向多星系统。与单一系统相比，增加了可观测卫星数量，提高了卫星捕获速度，并提高了安全性、准确性、可靠性和生产效率。对GNSS在国内应用进行分析研究，有助于人们进一步了解GNSS，推动GNSS在我国大力发展使用，对未来我国卫星导航系统自主研发应用具有重要意义[1]。
1 GNSS定位技术
1.1 GNSS定位模式
变形速度非常慢的变形体，采取静态相对定位方法设定相关监测频率并执行周期性监测；对相关变形体的振动和静动载荷进行连续监测，截取软件在特定时间段内获得的连续监测相关数据，同时进一步分析其变形状况，采用静态或相对动态定位变形的连续监测模型；变形体支持外部载荷，使用高密度样本实时监控监测点的观测值，有效做到计算每个元素的精确位置，解析监控体的变形趋势以及相对应变形特征，同时采取实时差分定位技术来进行动态监控。
.png)
图1 GNSS监测硬件系统分布图
1.2 GNSS变形监测技术要求
GNSS可用于监视网，同时相对应的布局设置必须按照全球定位系统（GPS）（GB/T18314-2009）的测量规范进行设置和测量，相关精度等级不得低于B级网，高程须按要求联合测量，联合测量精度不得低于三等水准精度。变形监测分为四个级别，相关要求如下表1所示。利用GPS-RTK来进行实时定位监测时，需建立起相对稳固的基准点来作为永久固定参考站。参考站应建在靠近变形监测点、附近无信号反射物和强电磁干扰源。移动站必须实现永久布置，测量时接收卫星数不得少于5颗，同时应当使用固定解。对于建筑物的GNSS静态变形测量，可以选择合格的单频或双频GNSS接收机，GPS测量基本技术要求见表2。
表1 变形监测等级划分及精度要求
2 GNSS变形监测应用过程研究
2.1 准备工作
选择合适的基准点、变形监测点位置，造标标石，安装接收机，做好相对应保护工作。另外还需要建立起相对应的变形监测预警系统软件，建立多个监测站、多个参考站。在实施过程中还应考虑方便接收机的安装以及操作等，其相关检查点可在整个施工建筑上进行对称选择。相对应遮蔽物在基点视场内的高度角不应大于15度，同时距大功率无线电发射源的距离不应小于200米，距高压输电线路与微波无线电传输通道的距离不应小于50米，在大型建筑物、大型水域和热源附近时需配置扼流天线，并采用常规测量方法来进行有效联测校验。GNSS接收机在使用前还必须做好相对应检查和校正工作。
2.2 变形控制测量与数据处理
在进行变形监测过程当中首先应当建立起水平及高程基准，设置GNSS固定基准点不少于三个。采用静态GNSS测量与电磁波测距、水准测量或三角高程测量进行联合测量，相互校验。常用软件有自动变形监测数据处理系统、徕卡GeoMoS自动化监测系统、Geomos Analyze等。GNSS接收机主要用于观测记录监测点GNSS数据，使用前应设定采样间隔和监测周期等。GeoMoS自动化监测系统主要用于数据处理，包括基线解算、无约束网平差、约束网平差及投影转换等基本功能；通过Geomos Analyze分析并预测各期平差测量结果，根据初始监测信息的值绘制每个时段的位移趋势图，然后根据相关规范针对超出极限差的期段发出预测警报。GNSS数据处理软件一般来说较为常用，主要是提供一定的IGS获得同步观测网的基本解算和GNSS网的整体解算，结果是在IRFF框架下的相关坐标及相关精度信息资源等[2]。
2.3 变形监测
2.3.1 高层建筑动态监测
高层建筑的相关柔性变形会受到相关水平荷载的强烈影响，同时还会在风、地震和热荷载的影响下产生相应的动态变形。利用相关风加速度计测量实时风速和平均风速，设定GNSS采样频率为建筑物最大振动频率的两倍以上，进一步分析相关监测数据，从而有效得到变形监测点的振动路径以及相关建筑物结构的主要振动方向和振动曲线，实现对高层建筑的实时动态监测。
2.3.2 桥梁动态变形监测
GNSS在桥梁动态变形实践监测过程当中数据由Vnet接收器进行有效收集，同时使用光纤或GPRS卡传输到监测中心，由GNSS监测器处理并存储在相对应数据库中，然后使用ZHDSG软件进行有效读取，将相关测量数据自动存储在监测中心服务器上。通过预警系统分析桥梁建筑的安全性，让相关工作人员能够实时观察桥梁的运动、加速度以及实时变化趋势，并针对相关数据快速发出警报。
2.3.3 滑坡变形监测
为了能够进一步有效监测山体或滑坡地方变形是否存在一定的危险，需要考虑工程全局情况来建立起相对应的观测周期，通过采集相关数据后，使用相对应软件对行业数据进行分析处理。通过针对滑坡体多个观测数据的分辨率、初始坐标，引入相关实际监测点水平位移变量和垂直位移变量的坐标分辨率和精度来有效确定滑坡实际位移变形[3]。
2.3.4 尾矿库坝体变形监测
通过实时传输相关尾矿库监测点实际数据并针对数据进行解决方案分析，开发相对应的尾矿库坝体变形监测系统。根据相关通信协议，将指令发送到GNSS接收器，使用光纤控制进行有效接收测量的实时数据，信息被直接进行分类、存储和处理。对数据进行管理和分析，生成变形曲线和坝体比率，判断尾矿库坝体的稳定性，并据此发布不同级别的报警信息，从而进一步实现对尾矿库坝体变形进行有效监测。
参考文献：
[1]朱宝.GNSS在变形监测工程中的应用[J].安阳工学院学报，2017（4）：104-107.
[2]佚名.GNSS在变形监测中的应用研究[J].测绘与空间地理信息，2017，09（v.40；No.221）：101-103.
[3]李鹏博，胡志刚，周仁宇，等.基于观测值域的多路径消除方法及其在GNSS实时变形监测中的应用[J].大地测量与地球动力学，2018，v.38（08）：74-79.
作者简介：何为聪，男，1973年7月5日，云南丽江，汉，研究生，副高，中国电建昆明勘测设计研究院有限公司，研究方向：测绘工程、变形监测。