高層建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)支持高精度、中長(zhǎng)基線解算、多系統(tǒng)聯(lián)合解算、 GNSS各頻率組合自動(dòng)搜索解算，建立起高層建筑物位移變化數(shù)據(jù)庫(kù)，可為 分析高層建筑的變形趨勢(shì)提供客觀、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全 保駕護(hù)航。

中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國(guó)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(gè)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(cè)繪學(xué)科的代表技術(shù)之一。以GPS為代表的GNSS測(cè)量技術(shù)出現(xiàn)后，隨即在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了嘗試和應(yīng)用。

隨著GNSS自動(dòng)化形變監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，以及GNSS系統(tǒng)精度進(jìn)一步提高。GNSS系統(tǒng)開(kāi)始逐步從平面監(jiān)測(cè)向高程監(jiān)測(cè)方向發(fā)展。同時(shí)，北斗作為我國(guó)自主研發(fā)、自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用。

近年來(lái)，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(kāi)挖，地下管廊、地下隧道的不斷開(kāi)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(lái)說(shuō)，我國(guó)的建筑在30年左右就進(jìn)入維護(hù)期，過(guò)了這個(gè)年限就要對(duì)建筑進(jìn)行維修和加固，比如北京近些年來(lái)陸陸續(xù)續(xù)對(duì)老舊樓盤(pán)的整體維護(hù)和翻修就是為了減少安全隱患。現(xiàn)在，我國(guó)大量建于上世紀(jì)80年代末至90年代的建筑進(jìn)入維護(hù)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(duì)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(diǎn)建筑以及上世紀(jì)80到90年代的高層建筑進(jìn)行全覆蓋并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變得非常迫切。

基于上述需求，同時(shí)，北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在成本、精度和實(shí)時(shí)性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)方法。因此，理論上基于北斗的建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可完全滿足需求。本系統(tǒng)采用我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）和美國(guó)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(dòng)化、測(cè)站之間無(wú)需通視、可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三位坐標(biāo)及精度高等特點(diǎn)。通過(guò)精密解算獲得的水平位移和垂直位移量可達(dá)到毫米級(jí)乃至亞毫米級(jí)的精度， 可對(duì)建筑物較大變形進(jìn)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(jì)原則

本系統(tǒng)應(yīng)用北斗、GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)建筑物變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(jí)乃至亞毫米級(jí)精度。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件研發(fā)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)整體測(cè)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(jì)可充分滿足實(shí)時(shí)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(jì)

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(cè)型接收機(jī)（Mos-L300），數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)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(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件（QGMOSV1.0）。

監(jiān)測(cè)軟件可提供實(shí)時(shí)解以及準(zhǔn)實(shí)時(shí)解等多種解算模式，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)可同時(shí)輸出實(shí)時(shí)解和3 hour、24 hour等準(zhǔn)實(shí)時(shí)解，滿足數(shù)據(jù)分析中對(duì)探測(cè)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(jì)適用的原則；

2. 緊密結(jié)合GNSS系統(tǒng)有關(guān)國(guó)家規(guī)范以及各行業(yè)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)理論研究與工程實(shí)踐的統(tǒng)一；

3. 采用目前國(guó)際上GNSS算法研究方面較先進(jìn)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(cè)系統(tǒng)精度滿足應(yīng)用需求；

4. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、分析、輸出、存儲(chǔ)、報(bào)警全過(guò)程的自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無(wú)人值守連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)；

5. 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)及接口符合工程設(shè)計(jì)總體規(guī)劃，便于擴(kuò)展維護(hù)；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(jì)，保證軟件操作的便捷及穩(wěn)定。

建筑安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制點(diǎn)包括兩類：基準(zhǔn)站和監(jiān)測(cè)站。一般根據(jù)現(xiàn)有資料以及以往的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。觀測(cè)測(cè)站對(duì)于接收衛(wèi)星信號(hào)的能力與測(cè)站周?chē)挠^測(cè)環(huán)境有較大關(guān)系，監(jiān)測(cè)精度與觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)息息相關(guān)。所以，在點(diǎn)位選擇過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮觀測(cè)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(cè)站

數(shù)據(jù)的采集

理論上建筑物在短期的時(shí)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(lái)測(cè)試北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用北斗變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)為自定義站心坐標(biāo)系，設(shè)定一段時(shí)間觀測(cè)，主要分析內(nèi)容為24小時(shí)解，3小時(shí)解，實(shí)時(shí)解。下面為采用實(shí)際項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)站前三天數(shù)據(jù)建立起始坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，第四天、第五天、第六天與前三天起始坐標(biāo)進(jìn)行比較，其24hour輸出的位移量觀測(cè)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(cè)點(diǎn)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(jì)要求，達(dá)到亞毫米級(jí)別。

結(jié)論

通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目表面變形北斗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)，以及對(duì)設(shè)備自身、安裝布設(shè)、電纜連接、系統(tǒng)采集等多方面進(jìn)行考核，系統(tǒng)總體指標(biāo)已達(dá)到國(guó)內(nèi)外同等水平，系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類水平。