【正文】 buildings. With the rapid social development and production, all kinds of largescale engineering building more and more, so the deformation monitoring work has bee more and more important. But if using the traditional measuring method is not only large workload and the precision is not high, and GPS positioning technology in the deformation monitoring suggests an important role can not replace the traditional monitoring technology. This paper firstly introduces the reasons and the importance of the implementation of building deformation, deformation monitoring. And GPS technology in the application of building deformation monitoring. Now GPS in VI the deformation monitoring of various advantages in application and some we should improve our shortings. And analysis of GPS in deformation monitoring of the professional application prospect. Then, this paper uses the very big space to introduce the principle of GPS technology and the deformation monitoring. Coordinate this part focuses on the related and their mutual relationship, positioning and conversion formula and more between the representation of GPS. The GPS measurement error analysis and precision in deformation monitoring is an essential content in this paper is also described. Finally , the reason of building deformation analysis, research and the building deformation monitoring method, the specific scheme. In the concrete scheme of deformation monitoring of the layout and the principle of monitoring and control work. Through the application of GPS technology in engineering, expounds the GPS technology in the process of deformation monitoring, through the analysis of the measured data, shows that the deformation monitoring can be achieved satisfactory results by using GPS technology. Keywords: GPS deformation monitoring of buildings 1 第 1 章 緒論 建筑物變形監(jiān)測的重要意義 ﹝ 1﹞ 在施工過程和使用期間的建筑物，因受到地基的工程土壤條 件、地基處理方法、建(構(gòu) )筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載等多種主觀和客觀因素的綜合影響，有可能引起地基以及四周地層發(fā)生形變，建筑物由于基礎(chǔ)形變及其外部荷載與內(nèi)部應力的共同作用，也會發(fā)生形變。因此，為保證工程質(zhì)量和建筑物安全，研究其變形因素、變形速度和變形規(guī)律，對異常變形作出分析和預報，以便及時采取應對措施，在建筑物的設(shè)計、施工以及運營管理階 段具有十分重要的意義。因為施工中的影響因素較多且難以預料，以致在深基坑的開挖及施工階段中，邊坡土體可能發(fā)生較大變形，造成支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或邊坡坍塌等嚴重事故。 通過對建筑物、支護結(jié)構(gòu)及其周邊地質(zhì)條件實施變形監(jiān)測，便可得到相對應的變形數(shù)據(jù)，由此可觀測和分析基坑及其周邊環(huán)境的變形情況，從而 對基坑工程的安全性及其對周圍環(huán)境的影響程度有一個全面的了解，以確保整個工程的順利進行。 建筑物變形監(jiān)測是掌握其工作狀態(tài)和安全生產(chǎn)的主要手段，但如果僅對建筑物進行外部變形特征的監(jiān)測是不夠的，還要對其內(nèi)部應力、動力特性、加速度以及外部環(huán)境條件進行變形監(jiān)測，以便掌握建筑物的整體形態(tài)特征，從而進行建筑物的安全監(jiān)測。 2 GPS 在變形監(jiān)測中應用的現(xiàn)狀 GPS 技術(shù)的應用給測量技術(shù)帶來了一場深刻的革命。從 90 年代以來，世界上許多國家紛紛布設(shè)地殼運動GPS 監(jiān)測網(wǎng)，為地球動力學研究和地震與火山噴發(fā)預報服務(wù)。該系統(tǒng)于 1994 年 10 月 1日正式起用， 10月 4日就監(jiān)測到北海道東部近海 8. 1 級大地震，并清晰地記錄了地震前后的地殼形變。 1995 年 1月 17日 16時 35 分，在日本阪神 7. 2 級大地震后，該系統(tǒng)在進行快速、準確精細地監(jiān)測與分析地殼運動方面起到了很大的作用。 全天候觀測 GPS 衛(wèi)星星座由 24 顆衛(wèi)星組成，均勻分布在 6 個軌道面上，在離地面 1萬 2千公里的高空上，以 12 小時的周期環(huán)繞地球運行。 自動化程度高 GPS 接收機能自動跟蹤鎖定衛(wèi)星信號，自動實時地接收數(shù)據(jù)，而且還為用戶預留了必要的接口，便于結(jié)合計算機技術(shù)建立形成無人值守的自動化監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)從采集、傳輸、處理、分析、報警到入庫的自動化和實時化，這對于長期連續(xù)運行的變形監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的意義，縮短了觀測周期，大大 降低了監(jiān)測成本，提高監(jiān)測資料的可靠性以及用戶對變形的響應能力。而 GPS 可同時精確測定測站點的平面位置和大地高，即一次性獲得高精度的測站點的三維坐標，實現(xiàn)了監(jiān)測時域、空域的嚴格統(tǒng)一，對進一步數(shù)據(jù)處理和變形分析具有重要作用。在監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析過程中，某些共同系統(tǒng)誤差可能會直接影響到不同周期變形監(jiān)測點的坐標值，但對形變量的影響卻不大。 抗干擾性能好、保密性強 利用 GPS 進行定位監(jiān)測，實質(zhì)是一種被動式導航定位，即用戶設(shè)備不需要發(fā)射任何信號，只需單一地接收 GPS 衛(wèi)星信號即可得到定位信號、和導航數(shù)據(jù)。 此外，偽噪聲碼技術(shù)的應用使得數(shù)據(jù)的保密性和抗干擾性特別好。一般情況下，大地水準面差距 的精度不高，從而導致轉(zhuǎn)換而來的正高或正常高的精度也較低。 GPS 應用在變形監(jiān)測中已取得許多試驗研究成果。應用 GPS 技術(shù)，也只能獲取形變體上部分離散 點的位移信息。由于 GPS 存在這些不足之處，它不能完全替代其它變形監(jiān)測技術(shù)，而應在必要時采用由 GPS 與其它技術(shù) (GIS ,RS 近景攝影測量和特殊變形測量技術(shù)等 )集成組合而成的變形監(jiān)測系統(tǒng)。另外，對于動態(tài)變形監(jiān)測，由于監(jiān)測點在很短時間內(nèi)的變形是微小的，表現(xiàn)為一種弱信號，而誤差卻成為強噪聲，如何從受強噪聲干擾的序列觀測數(shù)據(jù)中提取微弱的特征信息，以提高變形監(jiān)測的精度，是 GPS 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應解決的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。對于變形的頻率和幅值等主要變形特征的分析，則通常采用頻譜分析法將時域內(nèi)的數(shù)據(jù)序列通過 Fourier 級數(shù)轉(zhuǎn)換到頻 域內(nèi)進行分析。 GPS 在變形監(jiān)測應用中的發(fā)展趨勢 ﹝ 4﹞ 根據(jù)對國內(nèi)外 GPS 變形監(jiān)測的現(xiàn)狀分析和對變形監(jiān)測的客觀要求，可將 GPS 變形監(jiān)測的發(fā)展趨勢概括為以下幾個方面 : 1)建立 GPS變形監(jiān)控在線實時分析系統(tǒng) 對于大壩、大型橋梁、高層建 (構(gòu) )筑物、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測，研究建立技術(shù)先進而又實用的 GPS 變形監(jiān)控在線實時分析系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。由于建立連續(xù)運行的 GPS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行大壩和滑坡等變形監(jiān)測，成本較為昂貴，因此，研究低成本的 GPS 一機多天線變形在線實時監(jiān)測分析系統(tǒng)也是一個頗有實際意義的研究方向。 3S”技術(shù)集成，可為分析、研究包括變形信息在內(nèi)的各種災變信息之間的相互關(guān)系提供技術(shù)支撐，特別是5 時態(tài) GIS ( Temporal GIS，簡稱 GIS)技術(shù)的應用，它可以描述四維空間的地質(zhì)現(xiàn)象，除具有一般 GIS的功能外，還能夠記載研究區(qū)域內(nèi)各種地質(zhì)現(xiàn)象隨時間的演過繹程，這對滑坡等地質(zhì)災害的監(jiān)測預報具有非常重要的作用。 3)建立 GPS與其它變形監(jiān)測 技術(shù)集成組合的綜合變形監(jiān)測系統(tǒng) 為克服 GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測的不足和局限性，根據(jù)變形監(jiān)測的對象和目的，將 GPS與其它變形監(jiān)測技術(shù) (如 INSAR、攝影測量和特殊變形測量技術(shù)等 )集成組合形成綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)不同監(jiān)測技術(shù)之間的優(yōu)勢互補?，F(xiàn)在 GPS 等空間測地技術(shù)不僅可以應用于水庫大壩及各種滑坡的精密外觀形變監(jiān)測，而目已經(jīng)用于研 究板塊運動、亞板塊運動等問題，這在過去是不敢想象的。 6 第 2 章 GPS 在變形監(jiān)測中應用的理論基礎(chǔ) GPS 相關(guān)的坐標系統(tǒng) WGS84 大地坐標系 原點 是地球的 質(zhì)心 ， 空間直角坐標系 的 Z 軸指向 BIH（ ）定義的地極（ CTP）方向，即 國際協(xié)議原點 CIO，它由 IAU 和 IUGG 共同推薦。 WGS84橢球采用國際 大地測量 與地球物理聯(lián)合會第 17 屆大會測量常數(shù)推薦值，采用 的兩個常用基本幾何參數(shù) ， WGS84是修正 NSWC9Z2 參考系的原點和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考 子午面 與 BIH 定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系 。 1954 年北京坐標系 Beijing Geodetic Coordinate System l954 。因其為平面坐標系統(tǒng)，無法準確定位空間位置，現(xiàn)此坐標系已經(jīng)不能作為施工依據(jù)。 1980 年國家大地坐標系 為了進行全國天文大地網(wǎng)整體平差，采用了新的橢球元素和進行了新的定位和定向，1978 年以后，建立了 1980 年個國家大地坐標系。該坐標系是參心坐標系。橢球定位時按我國范圍內(nèi)高程異常值平方和7 最小為原則求解參數(shù)。 GPS 絕對定位與相對定位 GPS 絕對定位也叫單點定位，即利用 GPS 衛(wèi)星和用戶接收機之間的距離觀測值直接確定用戶接收機天線在 WGS84 坐標系中相對于坐標系原點 —— 地球質(zhì)心的絕對位置。因為受到衛(wèi)星軌道誤差、鐘差以及信號傳播傳播誤差等因素的影響，靜態(tài)絕對定位的精度約為米級，而動態(tài)絕對定位的精度為10～ 40m。 GPS 相對定位，是至少用兩臺 GPS 接收機，同步觀測相同的 GPS 衛(wèi)星、確定兩臺接收機天線之間的相對位置。廣泛用于大地測量、精密工程測量、地球動力學的研究和精密導航。這時可以連續(xù)地在不同歷元同步觀測不同的衛(wèi)星，測定衛(wèi)星至觀測站的偽距，獲得充分的多余觀測量。 不同歷元對不同衛(wèi)星同步觀側(cè)的偽距觀測方程式中，有觀側(cè)站坐標和接收機鐘差四個未知數(shù)。δ 。iiq 為權(quán)系數(shù)陣 Qx 主對角線的相應元素 : 1)( ?? iTix AAQ （ 28） 9 在靜態(tài)絕對定位的情況下，由于觀測站固定不動，可以與不同歷元同步觀測不同的衛(wèi)星，以 n 表示觀測 的歷元數(shù)，忽略接收機鐘差隨時間變化的情況，由 (28)式可得相應的誤差方程式組 LXAV ?? ? (29) 式中 TTnTnzyxALLLLAAA),(),(),(AVVVV2121Tn21?????? ??????? ），（ 按最小二乘法求解得 LAAAX TT 1)( ???? (210) 未知數(shù)的中誤差仍按式 (27)估算。這時可將鐘差表示為多項式的形式，把多項式的系數(shù)作為未知數(shù)在平差計算中一并求解。 在用戶接收機安置在運動的載體上并處于動態(tài)情況下，確定載體瞬時絕對位置的定位方法，稱為動態(tài)絕對定位。利用式 (26)即可求解出任一瞬間的實時解。在載波相位靜態(tài)絕對定位中，應注意 對觀測值加人電離層、對流層等各項改