建筑安全監(jiān)測系統(tǒng)

高層建筑安全監(jiān)測系統(tǒng)支持高精度、中長基線解算、多系統(tǒng)聯(lián)合解算、 GNSS各頻率組合自動最優(yōu)搜索解算，建立起高層建筑物位移變化數(shù)據(jù)庫，可為 分析高層建筑的變形趨勢提供客觀、精準的數(shù)據(jù)依據(jù)，為人們的生命、財產(chǎn)安全 保駕護航。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

作為一種空間數(shù)據(jù)獲取方法，衛(wèi)星定位是現(xiàn)代測繪學科的代表技術之一。以GPS為代表的GNSS測量技術出現(xiàn)后，隨即在變形監(jiān)測領域得到了嘗試和應用。

隨著GNSS自動化形變監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，以及GNSS系統(tǒng)精度進一步提高。GNSS系統(tǒng)開始逐步從平面監(jiān)測向高程監(jiān)測方向發(fā)展。同時，北斗作為我國自主研發(fā)、自主建設、獨立運營的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，在變形監(jiān)測領域也發(fā)揮了重要作用。

近年來，城市超高層建筑數(shù)量以及橋梁等市政設施逐年增多，地鐵建設規(guī)模激增，絕大部分直接在老城區(qū)的建筑下方穿行，加之城市大量工地開挖，地下管廊、地下隧道的不斷開鑿建設，導致城市地下空間發(fā)生巨大變化。另外，一些城市地下水干涸導致一些區(qū)域整體發(fā)生沉降。

任何物質都是有生命周期的，建筑也不例外。一般來說，我國的建筑在30年左右就進入維護期，過了這個年限就要對建筑進行維修和加固，比如北京近些年來陸陸續(xù)續(xù)對老舊樓盤的整體維護和翻修就是為了減少安全隱患�，F(xiàn)在，我國大量建于上世紀80年代末至90年代的建筑進入維護期，這些都構成了城市的安全隱患。

大量建筑安全事故的發(fā)生以及建筑安全隱患的普遍存在，導致對這些有安全隱患的建筑，特別是在地震斷裂帶、沉降帶地區(qū)的重點建筑以及上世紀80到90年代的高層建筑進行全覆蓋并實時監(jiān)測變得非常迫切。

基于上述需求，同時，北斗變形監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在成本、精度和實時性等方面遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法。因此，理論上基于北斗的建筑安全監(jiān)測系統(tǒng)可完全滿足需求。本系統(tǒng)采用我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）和美國全球定位系統(tǒng)（GPS）雙系統(tǒng)聯(lián)合解算， 具有定位速度快、全天候、自動化、測站之間無需通視、可同時測定點的三位坐標及精度高等特點。通過精密解算獲得的水平位移和垂直位移量可達到毫米級乃至亞毫米級的精度， 可對建筑物較大變形進行預警， 為建筑物的穩(wěn)定性、安全性和防災決策提供了科學依據(jù)。

設計原則

本系統(tǒng)應用北斗、GPS 實時監(jiān)測技術對建筑物變形進行監(jiān)測并作精密解算，從而使水平位移和垂直位移量達到毫米級乃至亞毫米級精度。系統(tǒng)整體設計、關鍵部件研發(fā)、軟件設計和系統(tǒng)整體測試方案均以此目標為核心，并綜合考量系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、易用性以及環(huán)境適應性。軟件設計可充分滿足實時數(shù)據(jù)處理要求，并達到標稱精度。

圖2.1 總體設計

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析3大部分組成。數(shù)據(jù)采集為自主研發(fā)的北斗、GPS多模多頻GNSS高精度監(jiān)測型接收機（Mos-L300），數(shù)據(jù)傳輸采用無線通訊方式，數(shù)據(jù)處理與分析為自主研發(fā)的高精度實時變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測軟件（QGMOSV1.0）。

監(jiān)測軟件可提供實時解以及準實時解等多種解算模式，每個監(jiān)測點可同時輸出實時解和3 hour、24 hour等準實時解，滿足數(shù)據(jù)分析中對探測精度和穩(wěn)定性等指標的要求。

1. 系統(tǒng)遵循科學可靠、結構合理、功能完善、經(jīng)濟適用的原則；

2. 緊密結合GNSS系統(tǒng)有關國家規(guī)范以及各行業(yè)規(guī)范，實現(xiàn)理論研究與工程實踐的統(tǒng)一；

3. 采用目前國際上GNSS算法研究方面較先進的理論成果，提高數(shù)據(jù)處理方法的效率和精度，并保證監(jiān)測系統(tǒng)精度滿足應用需求；

4. 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、分析、輸出、存儲、報警全過程的自動化，可實現(xiàn)長期無人值守連續(xù)自動運行監(jiān)測；

5. 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡及接口符合工程設計總體規(guī)劃，便于擴展維護；系統(tǒng)功能豐富，可滿足不同領域用戶需求；

6. 人性化操作設計，保證軟件操作的便捷及穩(wěn)定。

建筑安全監(jiān)測系統(tǒng)控制點包括兩類：基準站和監(jiān)測站。一般根據(jù)現(xiàn)有資料以及以往的建設經(jīng)驗進行布點設計。觀測測站對于接收衛(wèi)星信號的能力與測站周圍的觀測環(huán)境有較大關系，監(jiān)測精度與觀測時長息息相關。所以，在點位選擇過程中，應綜合考慮觀測環(huán)境等因素，選擇合適的環(huán)境與相應的設備。

圖4.1 監(jiān)測站

數(shù)據(jù)的采集

理論上建筑物在短期的時間內的水平方向和垂直方向位移量為0，采用這種方法來測試北斗監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用北斗變形監(jiān)測系統(tǒng)某一監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定性分析，監(jiān)測的數(shù)據(jù)為自定義站心坐標系，設定一段時間觀測，主要分析內容為24小時解，3小時解，實時解。下面為采用實際項目監(jiān)測點的數(shù)據(jù)分析。

圖7.1 軟件界面

數(shù)據(jù)分析

使用監(jiān)測站前三天數(shù)據(jù)建立起始坐標基準點，第四天、第五天、第六天與前三天起始坐標進行比較，其24hour輸出的位移量觀測坐標水平變化小于1mm，垂直方向小于2mm。

結論

通過多個項目表面變形北斗監(jiān)測系統(tǒng)試驗，以及對設備自身、安裝布設、電纜連接、系統(tǒng)采集等多方面進行考核，系統(tǒng)總體指標已達到國內外同等水平，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性優(yōu)于國內同類水平。

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