GNSS RTK测量方法在变形监测中的应用研究

GNSS RTK测量方法在变形监测中的应用研究

袁海智

苏交科集团检测认证有限公司 云南 昆明 650000

摘要：近些年来，我国科学技术在日星月异的发展中，对于在建筑行业中的变形监测也在不断的完善，因此全球导航卫星系统GNSS（Global Navigation Satellite System）技术应运而生，GNNS技术具有全天候测量、定位速度快、连续实时、自动化程度高的特点，在工程和灾害监测的应用中产生了巨大影响，已经逐渐应用在大坝的变形监测中。加之RTK动态测量，使之在工程变形监测中得到广泛的应用。当然，在变形监测的应用中还存在不足和局限性。本文通过对GNSSＲTK实时动态测量概述进行分析，对GNSS RTK技术在变形监测中的应用进行探讨，推动着变形监测不断创新和发展。

关键词：GNSS RTK；测量方法；变形监测；应用

引言

随着地质灾害的不断涌现，对于大坝变形测量研究已经成为各大学者研究的热点。传统的变形监测是采用高精度的监测网对大坝变形要素进行监测，但由于大坝所处地形条件的影响，导致监测网的网形差和监测点的位置精度不精确，影响测量的准确性。对于变形测量研究的技术手段也不断地在更新和发展，其中包括全球导航卫星技术和地面激光扫描等地面变形测量技术，其中GNSS技术在变形监测中应用得最广泛。通过应用GNSS技术，使得变形监测技术逐渐向自动化、数字化、网络化转变，提升变形监测水平和监测精度。

1概述

GNSSＲTK实时动态测量在地形测量、工程放样领域已经有广泛的应用。GNSS在工程监测领域一般采用静态测量的方法以获得毫米级的测量精度。ＲTK测量方便快速，采用实时载波相位差分定位(ＲealTimekinematicＲTK)是实时处理两个定位站载波相位观测量的方法，能够获得厘米级的定位精度，在需要高精度测量的领域应用广泛，一般没有用ＲTK进行工程变形监测。变形监测主要考察测点的相对变化，ＲTK测量相对位置变化精度如何，能否在一些允许变形较大的施工监测领域用ＲTK进行变形监测是大家感兴趣的问题。

2变形监测现状

变形监测在测量领域内占据着重要的位置，从一个工程的施工到完工，以及后续的运营都需要进行不断地监测，掌握变形的情况，及时解决潜在安全问题，保证工程的正常运营。在变形监测中，传统的变形监测是采用高精度的监测网对工程变形要素进行监测，但由于工程所处地形条件的影响，导致监测网的网形差和监测点的位置精度不精确，影响测量的准确性。这种方法的劳动强度很大，观测时间较长，没有实现自动化监测。随着GNSS RTK技术的出现，使变形监测实现了从数据采集、数据传输、平差计算和变形分析的连续自动化。经研究发现，利用GNSS RTK技术进行水平位移的监测精度在±2mm以下，高程的测量误差在±10mm以下。

3 GNSS RTK测量方法在变形监测中的应用

3.1 在定位测量中的应用

GNSS RTK定位测量，在工程上主要应用于控制网的建立和位移检测等，一般需要设置两台或者是两台以上的GNSS RTK接收机进行卫星信号的接受，然后技术人员对所接受的卫星数据进行分析处理，就可以取得控制点的精确三维坐标。由于GNSS RTK定位测量精度高，不易受气候影响，观测点不存在必须通视的限制条件，观测速度快等优点，使得工作的效率得到很大的提升，因此GNSS RTK技术在工程测量中的应用领域很多，如铁路、公路的线路勘测和隧道、桥梁和房屋工程的建设勘测等。实际监测表明，相比传统的工程定位测量，GNSS RTK定位技术进行精密工程测量和大地测量时，其平差后控制点的平面位置精度至少可达到1mm～2mm，高程精度可达到2mm，其专业的处理软件可对数据自动结算处理，得到的监测点为实时的毫米级坐标值。这些大大提高了测量的精度和准确性，降低了测量难度，提高了工程的工作效率和测量成本。

3.2 在工程变形监测中的应用

变形监测主要是对大桥、水坝、高层建筑等建筑物地基沉位移与整体的倾斜情况进行监测。这种监测的工作特点为被测体具有非常大的尺寸，同时有着十分复杂的监测环境，需要较高的监测技术。一般情况，水准测量的方法最为常用，用以对地基的沉降进行监测；而三角测量的方法则主要用于监测地基的位移与整体的倾斜度。在这一领域中，GNSS RTK技术的应用十分广泛。比如，对建筑物与边坡的形变予以监测，便可在原来建筑物或边坡的适当位置选择多个点，并在变形区选择多个监测点。之后将GNSS RTK接收机分别安装在基准点与监测点上，进行不间断的自动观测。同时借助适当的数据传输技术向数据处理中心实时、自动传输数据，并进行分析与处理。

3.3 GNSS RTK技术变形监测模式

GNSS RTK技术在变形监测中分为周期性重复变形监测、固定连续性变形监测和实时动态监测。（1）GNSS RTK周期性重复变形监测当被监测工程的变形速率缓慢，在一定的空间域和时间域上被认作是稳定的，可以利用GNSS RTK周期性重复变形监测。针对每一个周期测量监测点之间的相对位置，经过计算两个观测周期之间的位置变化来测定其变形。监测周期可以根据建筑物的特性及危害程度来确定。这种模式是通过边或网连接的方式建成监测网，并用平差计算法得到监测点的三维坐标，根据坐标差值来确定监测点的变形量。（2）GNSS RTK利用固定的监测仪器对变形进行长时间的数据收集的方式称为固定连续性变形监测。在这种模式下测量是连续性的，时间分辨率高。通过选择重点和关键部位布设永久GNSS RTK测站上不间断观测，并进行数据处理。由于变形的缓慢性，因而在对监测数据处理时，把一段时间的观测数据作为一组，用静态相对定位和动态相对定位方式处理。（3）GNSS RTK实时动态监测方式是实时监测的动态变形，其特点是采样密度高，例如每秒钟采样一次，而且要计算每个历元的位置。数据处理主要采用运动中载波相位模糊度解法，用已求得的整周模糊度计算每一历元接收机的位置，进而分析建筑物的变形特征及原因。变形监测要求实时性，需要建立GNSS RTK自动监测系统，采用全天候实时监测，能够及时了解监测点位置的实时变化情况。GNSS RTK技术作为一种新的监测技术，在工程的变形监测中应用越来越广泛，例如在工程建立的GNSS RTK自动化监测系统，主要包括数据的采集、传输和处理。

结语

GNSS RTK技术具有监测精度高、速度快、全天候测量和自动化监测等优势，在变形监测的实践中取得很重要的成果，利用GNSS RTK技术的自动化数据处理系统获得精度高的测量数据，为建立自动化监测系统奠定了基础。GNSS RTK技术在实践应用中仍然存在不足，需要将GNSS RTK技术与其他监测技术集成在一起，建立监测信息反馈系统、自动报警系统和“3S”的实时在线分析系统，提高建筑物的变形监测水平、监测精度和监测效率。通过对建筑物变形原因和变形监测现状出发，分析了GNSS RTK技术的优点和在变形监测中的应用，发现在变形监测中的问题，为以后的变形监测具有指导意义，对保证工程的安全运营具有重大作用。

参考文献

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