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(zhǔn)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(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)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(xué)科的代表技術(shù)之一。以GPS為代表的GNSS測量技術(shù)出現(xiàn)后，隨即在變形監(jiān)測領(lǐng)域得到了嘗試和應(yīng)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(shè)、獨立運營的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在變形監(jiān)測領(lǐng)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(shè)施逐年增多，地鐵建設(shè)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(shè)，導(dǎo)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(dǎo)致一些區(qū)域整體發(fā)生沉降。

任何物質(zhì)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。現(xiàn)在，我國大量建于上世紀(jì)80年代末至90年代的建筑進入維護期，這些都構(gòu)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(dǎo)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(jì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)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(biāo)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(dá)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(yù)警， 為建筑物的穩(wěn)定性、安全性和防災(zāi)決策提供了科學(xué)依據(jù)。

設(shè)計原則

本系統(tǒng)應(yīng)用北斗、GPS 實時監(jiān)測技術(shù)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(dá)到毫米級乃至亞毫米級精度。系統(tǒng)整體設(shè)計、關(guān)鍵部件研發(fā)、軟件設(shè)計和系統(tǒng)整體測試方案均以此目標(biāo)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(yīng)性。軟件設(shè)計可充分滿足實時數(shù)據(jù)處理要求，并達(dá)到標(biāo)稱精度。

圖2.1 總體設(shè)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)的要求。

1. 系統(tǒng)遵循科學(xué)可靠、結(jié)構(gòu)合理、功能完善、經(jīng)濟適用的原則；

2. 緊密結(jié)合GNSS系統(tǒng)有關(guān)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(yīng)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(luò)及接口符合工程設(shè)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(lǐng)域用戶需求；

6. 人性化操作設(shè)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(zhǔn)站和監(jiān)測站。一般根據(jù)現(xiàn)有資料以及以往的建設(shè)經(jīng)驗進行布點設(shè)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(guān)系，監(jiān)測精度與觀測時長息息相關(guān)。所以，在點位選擇過程中，應(yīng)綜合考慮觀測環(huán)境等因素，選擇合適的環(huán)境與相應(yīng)的設(shè)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(nèi)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(biāo)系，設(shè)定一段時間觀測，主要分析內(nèi)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(biāo)基準(zhǔn)點，第四天、第五天、第六天與前三天起始坐標(biāo)進行比較，其24hour輸出的位移量觀測坐標(biāo)水平變化小于1mm，垂直方向小于2mm。

分析結(jié)論

由采集數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論為：以前三天數(shù)據(jù)為平均值做為監(jiān)測點起始坐標(biāo)，將后三天的數(shù)據(jù)與之比較，水平方向坐標(biāo)變化范圍為0.385mm，小于1mm，垂直方向坐標(biāo)變化范圍為-0.840mm，小于2mm，滿足設(shè)計要求，達(dá)到亞毫米級別。

結(jié)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(shè)備自身、安裝布設(shè)、電纜連接、系統(tǒng)采集等多方面進行考核，系統(tǒng)總體指標(biāo)已達(dá)到國內(nèi)外同等水平，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性優(yōu)于國內(nèi)同類水平。