GPS技术在基坑位移监测中的应用

王建强

青海煤炭地质局测绘工程院，青海西宁 810007

GPS技术在基坑位移监测中的应用

王建强

青海煤炭地质局测绘工程院，青海西宁 810007

随着科学技术的快速发展和对基坑位移监测的要求不断提高，GPS以其精度高、全天候、速度快、自动化和测站间无需通视等优点，在国民建设中的各个领域中都得到了广泛的应用。本文主要探讨了GPS技术在基坑位移变形监测中的应用，结果表明GPS技术在基坑位移监测中获得了稳定和可靠的监测数据，这对预警建筑工程是否安全具有很重要的意义。

GPS技术；位移监测；精度；基坑

随着现代城市建设规模的快速发展，在城市修建高层建筑、地铁和地下车库时，需要进行大规模的基坑开挖。由于施工中的影响因素比较多且不可预测，这就有可能造成基坑开挖及施工过程中，边坡土体发生较大形变，进而引发基坑支护结构失稳及边坡坍塌等事故。因此，在基坑施工过程中，以信息化施工技术为依托，通过对基坑现场监测来及时判断和掌握基坑变形情况来进行预警与预防是可行和必不可少的安全措施[1]。但是要对基坑监测进行及时准确的预警预防，就需要采用高精度、自动化程度高和高效益的形变监测系统。而GPS技术是一种可实现远程自动化测量的高精度的形变监测技术。GPS的全称是全球定位系统（Global Positioning System，GPS），拥有全方位实时三维导航和定位功能的卫星导航与定位系统。GPS是由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。由于GPS技术具有全时域、速度快、精度高、站点通视性强和可同时测定三维坐标等诸多优点，GPS技术近年来发展迅速，尤其是在基坑变形监测、桥梁健康监测、大坝安全监测和地壳变形及板块运动等方面得到了广泛应用，发挥了重要的作用[2]。本文在分析比较GPS技术与传统监测技术优劣的基础上，对GPS技术在基坑水平位移监测中的应用进行了探讨，得出了一些较为实用的结论。

1 GPS技术与传统监测技术的比较

工程上的基坑位移测量一般属于是变形监测，变形监测与其它测量项目的不同之处就在于是否重复观测，变形监测是能根据重复观测成果的差别来分析出被监测对象的变形信息进而进行预测预报的。目前工程上常用的变形监测技术有大地测量和GPS技术两种。GPS技术使用的仪器设备是GPS接收机。大地测量法使用的仪器设备主要有：水准仪、经纬仪、测距仪和全站仪等。大地测量法是一种成熟的变形监测手段，其主要特征是可以利用传统的测量仪器，理论和方法比较成熟，测量数据可靠，观测成本相对较低。GPS技术是一种新兴的监测手段，其具有快速、精度高、自动化和全天候等特点。两种方法的具体对比情况见表1。

由表1可以看出，GPS技术将是今后工程变形测量发展的必然趋势，而随着计算机技术、空间定位技术及数据通讯技术的不断进步与相互结合，GPS技术的连续、实时、高精度和自动监测技术将得到进一度发展和完善，会大大提升变形监测效率和精度的。

2 GPS技术在基坑位移监测中的应用

基坑施工过程中，由于会受到内外土体的压力，坑体往往会产生一定的变形和位移，为了确保安全，对基坑进行综合、实时、系统的监测是很有必要的。利用GPS技术来监测基坑的位移，我们可以根据监测结果，及时发现安全隐患，通过监测结果和理论预测值，对基坑施工进行指导及优化设计，这对基坑安全施工具有很重要的意义[3]。

2.1GPS基坑监测基本步骤

首先要确定GPS监测布网形式及GPS基站和监测点的埋设情况；然后是GPS观测方法及周期的选择，最后是GPS观测数据的处理与分析。具体到基坑监测来说，就是利用GPS技术进行相对定位，获取基坑监测数据后，通过分析研究建立基坑位移动态模型，并以GPS监测点的三维速率和三维位置为参数来建立卡尔曼滤波模型，这些模型的应用，可以提高分析数据的精度，可以实现基坑位移监测数据的动态管理、处理、查询、分析和预测，这也意味着基坑整个施工的位移情况均可以进行动态模拟，这样就大大提高了基坑施工的安全系数。

表1　GPS监测技术与大地测量监测技术对比表

2.2GPS数据处理方法的应用

GPS数据处理方法根据数据产生方式的不同分为静态数据和动态数据两种。静态数据和动态数据的区别在于GPS监测点在工作时处于静止状态还是变化状态，静止状态产生的数据是静态数据，变化状态产生的数据是动态数据。静态数据处理方法一般是获得基线向量后要分析评价观测数据的精度是否符合要求，符合要求的话获取监测点的坐标，再根据不同期监测到的坐标数据差值就是需要的位移量。动态数据处理方法其实就是一种利用状态方程和观测方程来描述动态方程及状态观测信息并最优估计状态参数的方法。这种方法对动态系统要求较高，会出现滤波失真和滤波发散的情况，所以克服观测粗差对滤波结果的影响，是动态数据处理保证基坑位移分析结果正确性和精度的一大保证。

GPS技术进行基坑监测工作虽然具有不可比拟的优越性，但也存在一定的缺陷和局限性，主要有两个方面：

1）变形监测条件不理想。工程变形监测的监测环境通常都比较差，容易被旁边的大楼遮挡卫星信号，且点位选择的自由度比较低。

2）垂向位移监测精度不够。GPS监测垂向垂向分量一般都存在较高的噪声和干扰[4，5]，其观测精度因此比较低，在高精度的变形监测中，利用GPS不容易测定监测体的水平位移和垂直位移。

3 结论

GPS 技术以其实时、全天候、精度高、自动化观测程度高和不受通视条件限制等优点，为实现工程变形监测的应用提供了高质量的保证，实践证明，GPS技术在基坑位移变形监测的应用是一种值得采用的有效手段，GPS技术可以提供高精度的观测数据，为预警预测分析起到有效且准确的作用，这对弥补传统的监测方法的不足有重要意义。随着我国北斗导航定位系统的投入使用与完善，GPS技术在我国国民经济建设中还会日益得到广泛的应用。

[1]苏建锋，张东涛.天津某深基坑现场监测实例分析[J].施工技术，2015（S2）.

[2]胡龙伟，张英杰，张洪源，等.快速静态GPS基坑水平位移安全性监测技术[J].施工技术，2014，43（16）：56-58.

[3]徐伟声.GPS在工程变形监测中的应用[J].湖北民族学院学报，2009，27（1）：110-111.

[4]苏建锋，薄万举.高噪声背景下GNSS垂向分量应用探讨[J].地震，2016，36（1）：106-116.

[5]杨冬梅，杨永.GPS在工程测量中的应用[J].科技传播，2011（8）：115-117.

P228.4

A

1674-6708（2016）171-0137-01

王建强，工程师，青海煤炭地质局测绘工程院。