工程建筑物gps动态监测试验及分析毕业论文(编辑修改稿)

工程建筑物gps动态监测试验及分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

系统、全面的介绍整理，首先介绍了建筑结构变形监测的传统方法和新兴方法技术，然后对 GPS 动态监测的方法进行简介，最后通过建筑结构 GPS 动态监测的原理和系统组成，突出了 GPS变形监测应用于建筑结构领域的可行性和优点。 第三章：通过制定建筑结构 GPS 动态监测试验方案并实施该方案来得到试验6 所需数据。 第四章：通过对 GPS 动态监测试验数据处理与结果分析评价，分析 GPS 动态监测应用于工程建筑物变形监测的精度和可靠性。 第五章：结语。 总结全文的研究内容，对我所进行的试验以及整篇论文进行一个简单的总结。 7 2 工程建筑物动态 监测主要内容和方法介绍 工程建筑物动态 监测主要内容 变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载的作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。 所谓变形监测，就是指利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。 其任务是确定在各种荷载和外力的作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。 变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段 [1]。 工程建筑物动态 监测的主要内容要根据变形体的性质和地基情况来定，但总得来说就是监测结构建筑物的主要特征点在外界环境（如温度、风力、天气状况和极端条件）和内在因素影响下空间状态和时间特征的变化，并对结构建筑物进行损伤监测，安全性和使用寿命进行客观评估等工作。 建筑结构 GPS 动态监测方法 工程建筑物结构比较稳定，受外界影响而引起的位移和振动比较不明显，利用 GPS技术进行大型工程建筑物动态监测时，就需要采用高精度的 GPS定位技术。 采取差分 GPS载波相位技术可以使得定位精度精确到厘米级甚至是毫米级。 另外，通过 GPS载波相位 技术难以对振动范围较小的刚性结构物体进行动态监测，故 GPS定位技术一般用于柔性结构建筑物的动态位移监测中，比如大跨度悬索桥或者斜拉桥，高层钢结构建筑物或者高塔等结构建筑物。 GPS 动态监测原理 — GPS RTK 技术 GPS RTK(Real Time Kinematic)技术是一种利用 GPS 载波相对观测值进行实时动态相对定位的技术。 采用 GPS RTK 技术能够实时定位在野外对空通视任一测点的三维坐标，因此 GPS RTK 技术在工程建设，大型结构建筑物变形监测和定位导航方面应用前景很广。 GPS 定位是通过同时接受 4 颗以上 GPS 卫星信号，测定卫星到接收机的距离进行定位。 为提高定位精度，可利用载波相位进行定位。 载波相位进行定位是利用差分方式。 即将一台接收机安装在一个已知坐标的固定点上，也称基准站，在待测点上 (称监测站 )安置 GPS 接收机。 将基准站接收的 GPS 卫星信号，既测定的至各卫星的伪距、相位观测值、卫星星历、多谱勒频移等，通过数据通信链，如无线广播、光纤电缆等，传到监测站，并和监测站接收的信号进8 行差分处理，即可得到高精度的 定位结果 [10]。 常用的差分模型是双差方程。 利用基准站和监测站对同一卫星载波相位观测方程求差为单差方程，若利用不同卫星的单差方程在求差为站际双差方程，见公式 ()。 ⁄ [ ( ) ( ) ( ) ( )] [ ( ) ( ) ( ) ( )] [ ( ) ( ) ( ) ( )] ( ) ( ) ( ) ( ) () 式中 为站际、星际载波相位差分观测值， ， ， ， 为接收机到卫星的距离， b为基准点， s为监测点， 2表示不同的卫星信号， 为对流层延迟， 为电离层延迟， 为载波相位的整周模糊度 [10]。 从公式 ()可以看出，卫星钟差、接收机钟差已经消除，若基准站和监测站相距不远，基准站、监测站卫星信号的电离层延迟和对流层延迟相关性好，公式()中，第 2， 3项可视为零，所以只要能将整周模糊度 求准，则利用同时观测 5颗卫星选定的双差方程即可实现实时定位，定位精度可以达到 12cm。 动态监测系统组成 一般来说，简易的工程建筑物 GPS动态监测系统主要由 GPS基准站和监测站组成，系统至少由 1个基准站和 1个监测站组成。 基准点一般选择在变形体外地质结构和变形状况比较稳定且方便观测的地方，周围尽量避免存在大型建筑物、湖泊、河流和移动通信基站、电台等地物地貌，避免因多路径效应和信号干扰而使测量结果受到影响。 监测点一般选择在变形体上具有代表意义和变形敏感的部位，这样实施动态监测得出的数据才具有实际意义。 在实际的工程项目中， GPS动态监测系统除了 GPS基准站和监测站之外，通常还包括通信系统和数据处理中心， 其结构关系如图。 图 GPS动态监测系统组成 数据处理中心 GPS基准站 1 GPS 监测站 1 GPS 监测站 2 GPS 监测站 n 通信系统 9 位于基准站上的 GPS接收机会跟踪其视场内的所有卫星，监测站上的 GPS接收机同时接收相同卫星的信号；基准站上的 GPS接收机按照一定的采样率接收到卫星信号后会通过无线通信系统将信息传输到监测站；监测站同时接收到来自于卫星的信号和基准站的信息，然后通过 GPS差分软件对数据进行实时差分处理，进而得到监测站的三维坐标，并通过通信系统将初步处理后的数据发送到监控中心；监测控制中心接收到数据之后，通过数据处理软件进行进一步的处理和分析，就可以得到结构建筑物在特定方向上的位移旋转角的参数。 10 3 工程建筑物 GPS动态监测试验方案的制订与实施 GPS变形监测试验操作规范与要求 在进行变形监测方案制定时，所制定的监测方案内容要符合《全球定位系统GPS 测量规范 ( 规程 ) 》，还要根据国家标准《工程测量规范》里面关于工程建筑物变形监测的规范来确定变形监测的等级和其精度。 在进行工程建筑物的安全监测时，其观测的中误差一般应小于允许变形值的 — [14]。 一般情况下，在制定变形监测方案时，要满足“五固定”原则，即固定观测点（测站）、固定观测人员、固定观测设备、固定观测方案和路线、固定监测环境条件。 在建立变形监测网时，其中的基准点应布设在所被监测的工程建筑物之外，要满足方便观测而且所在地形要稳定不受施工或者其他条件的影响而发生位移的条件。 监测点应布置在被监测工程建筑物内具有 代表性和变形敏感的位置，这样监测点的变形情况才能真正反映工程建筑物变形的实际状况。 在实际工程项目中，埋设基准点和监测点时要选择在远离移动信号基站、电台、高大建筑物和湖泊等的地方，避免因为信号干扰和多路径效应而引起观测数据异常不准确的情况发生。 当 GPS 变形监测网的基准点和观测点确定之后，选择哪种观测方案对整个监测网的精度起到了重要的影响。 本论文的主要目的就是通过 GPS 动态监测的试验，对 GPS 动态监测的精度和可行性进行分析和研究。 工程建筑物 GPS 动态监测方案设计 变形监测内容的确定 本试验动态监测的对象是武汉大学信息学部 4 号楼（测绘学院楼），主要内容为武汉大学 4 号楼水平、竖直方向位移的动态监测，该楼建于上世纪 80 年代，主体为 4 层办公楼，高约 12m，整栋楼自建成以来运行情况良好，无重大质量问题发生。 监测方法和仪器的选择 本试验的监测方法为 GPS 动态监测法，选择的仪器是华测 T5 型 GPS 基准站1 台套、华测 T5 型 GPS 接收机 1 台套、外置电台 1 台、电瓶 1 个、三脚架 3 个。 另外设置了一个 GPS 静态观测试验，供做 PPK 后处理试验，选择的仪器是华测11 T5 型 GPS 接收机 4 台套、三脚架 4 个。 变形监测精度的确定 变形监测精度主要取决于变形体变形的大小、速率、仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测目的等等。 国际测绘观测者协会 (FIG)规定为确保建筑物安全，其观测误差应小于其允许变形值的 1/10— 1/20；如果是为了研究变形的过程，则应采用目前观测手段和仪器所能达到的最高精度。 本试验在水平方向上位移 允许 观测精度为 3mm，竖直方向上位移 允许 观测精度为 10mm。 监测位置及测点布置的确定 本试验基准点位于武汉大学信息学部友谊广场雕像西方向 10m处，该点地质构造稳定，在监测时 间段内不受其他因素的影响而发生位移和变形；监测点位于武汉大学信息学部 4 号楼 4 楼西面阳台处，该点处于该楼变形敏感的地方，具有一定的代表性。 基准点和监测点之间的直线距离约为 80m，中间无高大建筑物或信号基站影响，监测条件良好。 监测频率的确定 本试验采用 GPS RTK 实时动态监测方法进行监测，监测频率为 1HZ,2HZ。 首先采用 1HZ 的频率进行半小时的动态监测，然后采用 2HZ 的频率进行动态监测。 试验实施流程 试验操作流程 (1) 仪器借用。 首先根据测绘学院《仪器管理条例》， 本人于 20xx 年 5 月 19日填写借仪器申请单，征得毕业设计指导老师、仪器室管理老师签字同意后，再到测绘学院 1 楼空间定位与导航实验室办理相关借用手续。 本试验用到的仪器主要有华测 T5 型 GPS 基准站 1 台套、华测 T5 型 GPS 接收机 1 台套、外置电台 1台、电瓶 1 个、三脚架 3 个。 (2) 时间安排。 静态监测试验共观测 4 个时段，每个时段观测 1 个小时，第一个时段为 20xx 年 5 月 19 日 10:00— 11:10，采样间隔为 30 秒 ；第二个时段为 20xx年 5 月 19 日 11:20— 12:30，采样间隔为 30 秒 ； 第三个时段为 20xx 年 5 月 19 日12:40— 13:50，采样间隔为 30 秒；第四个时段为 20xx 年 5 月 19 日 14:00— 15:10，12 采样间隔为 30 秒。 试验操作人员分别为李明、钱志坚、张炜柯、周洪宇。 动态监测试验 共观测 2 个时段，第一个时段为 20xx 年 5 月 19 日 15:30— 16:10，自动测量频率为 1HZ；第二个时段为 20xx 年 5 月 19日 16:20— 17:00,自动测量频率为 2HZ。 基准站、监测站操作员分别为钱志坚、李明。 (3) 架设基准站。 根据华测 T 类型 GNSS 产品使用说明书上的操作步骤，架设基准站，地点为武汉大学信息学部 友谊广场雕像西。