【正文】 WGS84 大地坐標(biāo)系 ..................................................................................................... 6 1954 年北京坐標(biāo) .......................................................................................................... 6 1980 年國(guó)家大地坐標(biāo)系 ............................................................................................... 6 GPS 絕對(duì)定位與相對(duì)定位 ................................................................................................... 7 靜態(tài)絕對(duì)定位 ﹝ 2﹞ ......................................................................................................... 7 靜態(tài)相對(duì)定位 ............................................................................................................. 9 GPS 測(cè)量主要誤差分類(lèi) ﹝ 2﹞ .................................................................................................11 GPS 測(cè)量主要誤差及其影響 ..............................................................................................12 第 3 章 建筑物變形的原因和監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法、方案 .................................................................14 建筑物變的形原因 .............................................................................................................14 建筑物變形監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法 ﹝ 3﹞ .........................................................................................15 GPS 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)與觀測(cè) .................................................................................17 GPS 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則 ...............................................................17 GPS 測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn) ﹝ 9﹞ ............................................................................................17 GPS 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) ..............................................................................20 GPS 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng) 的施測(cè) .....................................................................................21 第 4 章 方案設(shè)計(jì)及實(shí)例分析 ...................................................................................................24 方案設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................24 變形模型 .....................................................................................................................24 III 工程實(shí)例 ...........................................................................................................................25 工程概況 .....................................................................................................................25 監(jiān)測(cè)方案 .....................................................................................................................26 變形分析與結(jié)論 ................................................................................................................29 主要參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................30 致 謝 ........................................................................................................................................31 附錄 1 外文期刊 .........................................................................................................................31 附錄 2 任務(wù)書(shū) .............................................................................................................................57 附錄 3 開(kāi)題報(bào)告 .........................................................................................................................60 IV GPS 在建筑物變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究 摘要 土壤地基上的建筑物，在內(nèi)力和外力的作用下，無(wú)論在水平方向還是垂直方向都會(huì)發(fā)生變形。但是若用傳統(tǒng)的測(cè)量方法不僅工作量大而且精度也不高，而 GPS 定位技術(shù)此時(shí)在變形監(jiān)測(cè)中顯示出傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)法取代的重要作用。 最后，著重對(duì)建筑物變形的原因進(jìn)行分析，和建筑物變形監(jiān)測(cè)方法、具體方案的研究。因?yàn)槭┕ぶ械挠绊懸蛩剌^多且難以預(yù)料，以致在深基坑的開(kāi)挖及施工階段中，邊坡土體可能發(fā)生較大變形，造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或邊坡坍塌等嚴(yán)重事故。從 90 年代以來(lái)，世界上許多國(guó)家紛紛布設(shè)地殼運(yùn)動(dòng)GPS 監(jiān)測(cè)網(wǎng)，為地球動(dòng)力學(xué)研究和地震與火山噴發(fā)預(yù)報(bào)服務(wù)。 自動(dòng)化程度高 GPS 接收機(jī)能自動(dòng)跟蹤鎖定衛(wèi)星信號(hào)，自動(dòng)實(shí)時(shí)地接收數(shù)據(jù)，而且還為用戶預(yù)留了必要的接口，便于結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)建立形成無(wú)人值守的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從采集、傳輸、處理、分析、報(bào)警到入庫(kù)的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)化，這對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義，縮短了觀測(cè)周期，大大 降低了監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)資料的可靠性以及用戶對(duì)變形的響應(yīng)能力。 此外，偽噪聲碼技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的保密性和抗干擾性特別好。由于 GPS 存在這些不足之處，它不能完全替代其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，而應(yīng)在必要時(shí)采用由 GPS 與其它技術(shù) (GIS ,RS 近景攝影測(cè)量和特殊變形測(cè)量技術(shù)等 )集成組合而成的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于建立連續(xù)運(yùn)行的 GPS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大壩和滑坡等變形監(jiān)測(cè)，成本較為昂貴，因此，研究低成本的 GPS 一機(jī)多天線變形在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)也是一個(gè)頗有實(shí)際意義的研究方向。 6 第 2 章 GPS 在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的理論基礎(chǔ) GPS 相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng) WGS84 大地坐標(biāo)系 原點(diǎn) 是地球的 質(zhì)心 ， 空間直角坐標(biāo)系 的 Z 軸指向 BIH（ ）定義的地極（ CTP）方向，即 國(guó)際協(xié)議原點(diǎn) CIO，它由 IAU 和 IUGG 共同推薦。 1980 年國(guó)家大地坐標(biāo)系 為了進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差，采用了新的橢球元素和進(jìn)行了新的定位和定向，1978 年以后，建立了 1980 年個(gè)國(guó)家大地坐標(biāo)系。因?yàn)槭艿叫l(wèi)星軌道誤差、鐘差以及信號(hào)傳播傳播誤差等因素的影響，靜態(tài)絕對(duì)定位的精度約為米級(jí)，而動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位的精度為10～ 40m。 不同歷元對(duì)不同衛(wèi)星同步觀側(cè)的偽距觀測(cè)方程式中，有觀側(cè)站坐標(biāo)和接收機(jī)鐘差四個(gè)未知數(shù)。 在用戶接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上并處于動(dòng)態(tài)情況下，確定載體瞬時(shí)絕對(duì)位置的定位方法，稱為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位。同樣，多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過(guò)同步觀測(cè) GPS 衛(wèi)星可以確定多條基線向量。所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀測(cè)值，叫做載波相位觀測(cè)值的一次差或單差。所得結(jié)果叫做載波相位觀測(cè)值的三次差或三差。表 21給出了 GPS 測(cè)量的誤差分類(lèi)及各項(xiàng)誤差對(duì)距離測(cè)量的影響。②負(fù)荷潮 圖表所列的誤差可以將信號(hào)的多路徑效應(yīng)歸為偶然誤差，將衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星12 鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等歸為系統(tǒng)誤差。 4. 衛(wèi)星星歷誤差 在一個(gè)觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)星歷誤差屬系統(tǒng)誤差特性，是一種起算數(shù)據(jù)誤差。 是實(shí)際上天線的相位中心隨著信號(hào)輸人的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位登 (一般稱相位中心 )與理論上的相位中心將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差。高層建筑物的變形如果超過(guò)一定的限度，就會(huì)影響到它的正常使用 ,尤其是產(chǎn)生不均勻沉降 ,更會(huì)危及建筑物的安全。因此，對(duì)于高層建筑而言，對(duì)地基強(qiáng)度有一定的要求。倘若由于某種原因打破了這種平衡 (抽取地下水 )，建筑物將會(huì)產(chǎn)生均勻或不均勻的沉降 ,影響著建筑物的安全。 在工程和局部性變形監(jiān)測(cè)方面，大地測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專用 以及以 GPS 為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用，根據(jù)對(duì)象不同，變形體上可分為下列幾類(lèi)： (1)大地測(cè)量法 大地測(cè)量法應(yīng)用最多的是水準(zhǔn)測(cè)量法。單相片攝影測(cè)量只能測(cè)定平行于攝影機(jī)承片框平面上的變形。對(duì)于工程建筑物變形觀測(cè)來(lái)說(shuō)，據(jù)此所解算的變形總是相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)。這樣不僅簡(jiǎn)化了計(jì)算工作，更 重要的是對(duì)保證觀測(cè)成果的精度不受損失具有一定的意義。 采用分級(jí)布網(wǎng)的方案 分級(jí)布設(shè) GPS 網(wǎng)，可根據(jù)測(cè)區(qū)的近期需要和遠(yuǎn)期發(fā)展分期布設(shè)，且可使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)短邊相結(jié)合的形式。為此，在 GPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須說(shuō)明 GPS 網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)明 GPS 所采用的基準(zhǔn)，或者稱之為 GPS 網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 ⑤起算點(diǎn)的坐標(biāo)。 ②點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源 (如電視臺(tái)、微波站及微波通道等 )及高壓電線以避免周?chē)艌?chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾 。 為了較長(zhǎng)期地保存點(diǎn)位， GPS 控制點(diǎn)一般應(yīng)按照國(guó)家規(guī)范設(shè)置具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，精確標(biāo)志點(diǎn)位。 ⑤為 了便于 GPS 的測(cè)量觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)， GPS 網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開(kāi)闊和交通便利的地方 。 GPS 變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 前面己指出，網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通?？筛鶕?jù)情況，選取以下方法 : 21 ①選取網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán) 。當(dāng)網(wǎng)中己知點(diǎn)的坐標(biāo)含有較大的誤差，或其權(quán)難以可靠地確定時(shí)，將會(huì)對(duì)網(wǎng)的 定向與尺度產(chǎn)生不利的影響。 為了提高 GPS 觀測(cè)的 精度與可靠性， GPS 點(diǎn)間應(yīng)構(gòu)成一定數(shù)量的由 GPS 獨(dú)立基線構(gòu)成的非同步閉合環(huán)，使 GPS 網(wǎng)有足夠的多余觀測(cè)