本科毕业论文gps在建筑物变形监测中的应用研究

1、 存档编号 华北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 论 文题目 GPS技术在建筑物变形监测中的应用研究学 院 资源与环境学院 专 业 测绘工程 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 2014.05 目 录目录I摘要IIIABSTRACTIV第1章 绪论11.1 建筑物变形监测的重要意义111.2 GPS在变形监测中应用的现状21.3 GPS在变形监测应用中的发展趋势44第2章 GPS在变形监测中应用的理论基础62.1 GPS相关的坐标系统6大地坐标系6年北京坐标6年国家大地坐标系62.2

2、GPS绝对定位与相对定位7静态绝对定位27静态相对定位92.3 GPS测量主要误差分类2112.4 GPS测量主要误差及其影响12第3章 建筑物变形的原因和监测的技术方法、方案143.1建筑物变的形原因143.2建筑物变形监测的技术方法3153.3 GPS变形监测控制网的布设与观测17变形监测控制网技术设计的一般原则17 测量的精度标准917变形监测控制网的基准设计20变形监测控制网的施测21第4章 方案设计及实例分析244.1方案设计24变形模型244.2工程实例25工程概况25监测方案264.3变形分析与结论29主要参考文献30致 谢31附录1外文期刊32附录2任务书57附录3开题报告60

3、GPS在建筑物变形监测中的应用研究摘要土壤地基上的建筑物，在内力和外力的作用下，无论在水平方向还是垂直方向都会发生变形。在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂直位移叫做建筑物的沉降。由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。倾斜伴随着建筑物上部的水平位移，并且随着高度的增加，水平位移量增大。无论水平位移、倾斜还是沉降，当变形值超过一定限度时，会影响建筑物本身的安全以及人民生命财产的安全。因此有目的地对施工和运营期间的建筑物进行定期的变形监测非常重要。随着社会和生产的飞速发展，各种大型的工程建筑物越来越多，所以其变形监

4、测的工作变得越来越重要。但是若用传统的测量方法不仅工作量大而且精度也不高，而GPS定位技术此时在变形监测中显示出传统监测技术无法取代的重要作用。本文首先介绍建筑物变形原因及实施变形监测的重要性。以及GPS技术在建筑物变形监测中的应用现状。现如今GPS在变形监测方面应用中存在的各种优势和以些我们要改进的不足。并对GPS在变形监测这一专业应用的前景进行分析。然后，本文用较大的篇幅介绍GPS技术与变形监测有关的基本原理。这部分主要讲述GPS相关的坐标系及其相互的关系，而且用较多的公式和公式间的转换表述GPS的定位。GPS测量得误差及其精度分析在变形监测中是必不可少的内容本文也简单讲述。最后，着重对建

5、筑物变形的原因进行分析，和建筑物变形监测方法、具体方案的研究。在变形监测的具体方案中对监测控制网的布设及原则进行重点研究。通过GPS技术在工程中的应用实例，全面阐述了GPS技术在变形监测中的工作过程，通过实测数据进行分析，充分说明采用GPS技术进行变形监测能够取得满意的效果。关键词：GPS 变形监测 建筑物 Study on Application of GPS in monitoringthe building deformationABSTRACTSoil foundation of buildings, the internal force and external force, eit

6、her in the horizontal or vertical direction will be deformed. Horizontal displacement in the horizontal direction is called the buildings, vertical displacement and vertical displacement is called upward, downward called the building subsidence. Due to uneven subsidence of building foundation and th

7、e vertical axis deviates from its design position, called building tilt. Inclined with the horizontal displacement of the upper building, and along with the increase of height, the horizontal displacement increases. Both the horizontal displacement, inclination or settlement, when the deformation ex

8、ceeds a certain limit, will affect the safety of the building itself and the people's safety of life and property. So it is very important for deformation monitoring regularly to the period of construction and operation of buildings. With the rapid social development and production, all kinds of

9、 large-scale engineering building more and more, so the deformation monitoring work has become 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 imp

10、ortant 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 the deformation m

11、onitoring of various advantages in application and some we should improve our shortcomings. 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. Coo

12、rdinate 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 rea

13、son 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 network. Through the application of GPS technology in engineering, expounds t

14、he 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 第1章 绪论1.1 建筑物变形监测的重要意义1 在施工过程和使用期间的建筑物，因受到地基的工程土

15、壤条件、地基处理方法、建(构)筑物上部结构的荷载等多种主观和客观因素的综合影响，有可能引起地基以及四周地层发生形变，建筑物由于基础形变及其外部荷载与内部应力的共同作用，也会发生形变。这种形变在规定的范围内是可以的，如果超出了一定的限值，就会给建筑物的生产和运营带来安全隐患，严重时还会造成建筑物的开裂，或使建筑物发生不均匀沉降而导致倾斜，甚至造成建筑物的整体坍塌。因此，为保证工程质量和建筑物安全，研究其变形因素、变形速度和变形规律，对异常变形作出分析和预报，以便及时采取应对措施，在建筑物的设计、施工以及运营管理阶段具有十分重要的意义。 如果要在建筑物比较密集的城市修建高层建筑、地铁及地下车库时，

16、时常要在狭长的施工现场进行深基坑的垂直开挖，这就要对深基坑的边坡土体进行支护。因为施工中的影响因素较多且难以预料，以致在深基坑的开挖及施工阶段中，边坡土体可能发生较大变形，造成支护结构失稳或边坡坍塌等严重事故。因此，在深基坑开挖及施工过程中，必须对支护结构及周边地质条件进行变形监测。 通过对建筑物、支护结构及其周边地质条件实施变形监测，便可得到相对应的变形数据，由此可观测和分析基坑及其周边环境的变形情况，从而对基坑工程的安全性及其对周围环境的影响程度有一个全面的了解，以确保整个工程的顺利进行。当建筑物变形超出规定值或出现异常时，应全面分析可能引起变形的因素，及时采取最佳防护措施，确保安全生产和

17、工程质量，也为以后进行建筑物基础和结构设计的合理设计积累经验以及提供科学依据。建筑物变形监测是掌握其工作状态和安全生产的主要手段，但如果仅对建筑物进行外部变形特征的监测是不够的，还要对其内部应力、动力特性、加速度以及外部环境条件进行变形监测，以便掌握建筑物的整体形态特征，从而进行建筑物的安全监测。安全监测成果一方面能综合反映建筑物的形态特征，保证建筑物的安全运营，另一方面还能为生产管理部门供相应数据，起到调节和控制建筑物荷载的作用。1.2 GPS在变形监测中应用的现状 GPS技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍，国外从20世纪80年代开始用GPS进行变形监测。从90年代以来，世

18、界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS监测网，为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。例如，日本国上地理院从1993年开始了GPS连续观测网的筹建工作，到94年日本列岛已建立由210个GPS连续观测站组成的连续监测系统(COSMOS)，目前的观测站总数已发展到1000多个。该系统于1994年10月1日正式起用，10月4日就监测到北海道东部近海8. 1级大地震，并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后，又成功地捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995年1月17日16时35分，在日本阪神7. 2级大地震后，该系统在进行快速、准确精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大的作用。 GPS作为一

19、种全新的、很有潜力的空间定位技术，在变形监测中得到了越来越广泛的应用和推广，与常规变形监测技术相比,它表现的优越性主要体现在以下几个方面: 1、测站之间无需通视 利用GPS进行定位时，对测站间的通视情况不作要求，只要测站信号接收良好、点位易于保存即可，因此GPS监测网在选点时更加灵活、方便，避免了常规测量中观测过渡点和转点的工作量，减轻了劳动强度，提高了观测精度，测绘效益显著。 2、全天候观测GPS卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行。因此GPS用户可在一天内在任意时刻、在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星，可

20、全天候连续进行GPS定位测量，不受气候条件的影响，即使在风雪雨雾的天气中也能进行正常工作，大大提高了监测效率，减少了外业工作强度，尤其对于滑坡、泥石流、防汛抗洪等自然地质灾害的监测工作，显示出了不可比拟的优越性。 3、自动化程度高 GPS接收机能自动跟踪锁定卫星信号，自动实时地接收数据，而且还为用户预留了必要的接口，便于结合计算机技术建立形成无人值守的自动化监测系统，从而实现数据从采集、传输、处理、分析、报警到入库的自动化和实时化，这对于长期连续运行的变形监测系统具有十分重要的意义，缩短了观测周期，大大降低了监测成本，提高监测资料的可靠性以及用户对变形的响应能力。4、高精度三维定位 采用传统测

21、量方法进行变形监测时，平面位移和垂直位移需分别处理，且监测的点位和时间也可能不一致，从而增加了工作量，加大了变形分析的难度。而GPS可同时精确测定测站点的平面位置和大地高，即一次性获得高精度的测站点的三维坐标，实现了监测时域、空域的严格统一，对进一步数据处理和变形分析具有重要作用。 5、减少系统误差的影响变形监测主要是根据大量长期变形监测的观测数据，计算出变形监测点在不同周期中坐标数据之间的差值，即形变量，而对于变形监测点的三维坐标不做要求。在监测数据处理与分析过程中，某些共同系统误差可能会直接影响到不同周期变形监测点的坐标值，但对形变量的影响却不大。因此在变形监测中，可以采用一定的方法对系统

22、误差进行消除或削弱，就能保证变形监测的精度，减少各种因素对变形监测结果的影响。 6、抗干扰性能好、保密性强 利用GPS进行定位监测，实质是一种被动式导航定位，即用户设备不需要发射任何信号，只需单一地接收GPS卫星信号即可得到定位信号、和导航数据。这种定位形式不仅可容纳用户数量多，而且隐蔽性好。此外，伪噪声码技术的应用使得数据的保密性和抗干扰性特别好。 7、用大地高进行垂直变形观测在日常生活及地形测量、工程测量中，需要的一般是正高或正常高，而在GPS定位中测定的只能是大地高，而它们之间的转换关系如下: 其中，N为大地水准面差距，为高程异常。一般情况下，大地水准面差距的精度不高，从而导致转换而来的

23、正高或正常高的精度也较低。而在垂直位移监测中，只需要计算和表达高程相对变化量的大小，对本身的高程值要求不高，因而在高程沉降的垂直位移监测中，可直接使用GPS所测的大地高，有效保证了监测精度，避免高程系统在转换过程中精度变差，完全可以满足变形监测的要求。 GPS应用在变形监测中已取得许多试验研究成果。但是现如今，在高山峡谷、地下、建筑物密集地区和密林深处，由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响，其监测精度和可靠性不高或无法进行监测。应用GPS技术，也只能获取形变体上部分离散点的位移信息。另外，根据一些滑坡GPS监测资料的分析结果，目前GPS监测水平位移的精度较高，而监测垂直位移的精度较低(约比水平

24、位移的监测精度低2倍)，这种状况使得高精度变形监测中还难以利用GPS同时精确测定平面和垂直位移。由于GPS存在这些不足之处，它不能完全替代其它变形监测技术，而应在必要时采用由GPS与其它技术(GIS ,RS近景摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合而成的变形监测系统。 目前，GPS动态变形监测数据处理主要采用的是整周模糊度动态解算方法(Ambiguity Reso-lution On- The- Fly，简称OTF法)，但该法只能达到厘米级精度，不能满足高精度动态变形监测的需要。另外，对于动态变形监测，由于监测点在很短时间内的变形是微小的，表现为一种弱信号，而误差却成为强噪声，如何从受强噪声干

25、扰的序列观测数据中提取微弱的特征信息，以提高变形监测的精度，是GPS动态监测系统应解决的一个关键技术问题。目前，这一问题通常是采用数据平滑或Kalman滤波的方法在时域内进行处理。对于变形的频率和幅值等主要变形特征的分析，则通常采用频谱分析法将时域内的数据序列通过Fourier级数转换到频域内进行分析。但由于这些方法本身存在的缺陷，对于非平稳、非等时间间隔观测信号的变形特征提取存局在限性。1.3 GPS在变形监测应用中的发展趋势4 根据对国内外GPS变形监测的现状分析和对变形监测的客观要求，可将GPS变形监测的发展趋势概括为以下几个方面: 1)建立GPS变形监控在线实时分析系统 对于大坝、大型

26、桥梁、高层建(构)筑物、滑坡和地区性地壳变形监测，研究建立技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的发展趋势。这种系统由数据采集、数据传输和数据处理与分析等几个主要部分组成，可以使监测数据得到及时的分析和处理，从而实时地评价变形的现状和预测其发展趋势，为灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据，这对处于活跃阶段的滑坡体变形及断层的相对运动监测具有特别重要的意义。由于建立连续运行的GPS网络系统进行大坝和滑坡等变形监测，成本较为昂贵，因此，研究低成本的GPS一机多天线变形在线实时监测分析系统也是一个颇有实际意义的研究方向。 2)建立“3S" ( GPS ,GIS ,RS

27、)集成变形监测系统 随着计算机技术无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，"3S" ( GPS ,GIS ,RS)技术已从各自独立发展进入相互集成融合的阶段。"3S”技术集成，可为分析、研究包括变形信息在内的各种灾变信息之间的相互关系提供技术支撑，特别是时态GIS ( Temporal GIS，简称GIS)技术的应用，它可以描述四维空间的地质现象，除具有一般GIS的功能外，还能够记载研究区域内各种地质现象随时间的演过绎程，这对滑坡等地质灾害的监测预报具有非常重要的作用。因此，研究"3S”集成变形监测系统，也是变形监测技术的重要发展趋势之一。 3)建

28、立GPS与其它变形监测技术集成组合的综合变形监测系统 为克服GPS技术用于变形监测的不足和局限性，根据变形监测的对象和目的，将GPS与其它变形监测技术(如INSAR、摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合形成综合变形监测系统，可实现不同监测技术之间的优势互补。例如，将GPS与INSAR集成组合成GPS/ IN S变形监测系统，可从离散点位测定进入到四维形变场(x,Y,z,t)的整体动态精确测定，使GPS变形监测技术应用范围更加广阔。现在GPS等空间测地技术不仅可以应用于水库大坝及各种滑坡的精密外观形变监测，而目已经用于研究板块运动、亚板块运动等问题，这在过去是不敢想象的。GPS等空间测地技术集

29、成组合应用于大范围、整体性的地壳运动监测，将使地壳形变观测在空间域的控制能力和分辨能力方面得到极大的提高，这也为GPS等空间测地技术用于大型工程的变形监测带来了新的机遇，为推进高精度变形监测的研究注入新的活力。 第2章 GPS在变形监测中应用的理论基础2.1 GPS相关的坐标系统原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z,X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何

30、参数，WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系。 “1954年北京坐标系”采用苏联克拉索夫斯基椭圆体，在1954年完成测定工作的，所以叫“1954年北京坐标系，我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。1954年北京坐标系Beijing Geodetic Coordinate System l954 。1954年我国决定采用的国家大地坐标系，实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。因其为平面坐标系统，无法准确定位空间位置，现此坐标系已经不能作为施工依据。目前我国仍旧采用1954北京坐

31、标系统，规划图、初步设计、施工图设计均使用北京坐标系。为了进行全国天文大地网整体平差，采用了新的椭球元素和进行了新的定位和定向，1978年以后，建立了1980年个国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系的大地原点设在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。该坐标系是参心坐标系。椭球短轴Z轴平行于由地球地心指向1968.0地极原点的方向；大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面，X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度零方向；Y轴与Z,X轴成右手坐标系。椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。高程系统基准是1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。2.2 GPS绝对定位与相对定位GPS

32、绝对定位也叫单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS-84坐标系中相对于坐标系原点地球质心的绝对位置。绝对定位又分为静态绝对定位和动态绝对定位。因为受到卫星轨道误差、钟差以及信号传播传播误差等因素的影响，静态绝对定位的精度约为米级，而动态绝对定位的精度为1040m。这一精度只能用以一般导航定位中，远不能满足大地测量精密定位的要求。GPS相对定位，是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星、确定两台接收机天线之间的相对位置。它是目前GPS定位中精度最高的一种定位方法。广泛用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究和精密导航。2接收机天线处于静

33、止状态下，确定观测站坐标的方法称为静态绝对定位。这时可以连续地在不同历元同步观测不同的卫星，测定卫星至观测站的伪距，获得充分的多余观测量。测后通过数据处理求得观测站的绝对坐标。1.伪距观测方程的线性化不同历元对不同卫星同步观侧的伪距观测方程式中，有观侧站坐标和接收机钟差四个未知数。令(Xo，Yo，Zo) T，(x，y，z)T分别为观测站坐标的近似值与改正数，将 式展为台劳级数. (2-1) 式中，取至一次微小项的情况下伪距观测方程的线性化形式为 (2-2) 2.伪距法绝对定位的解算则方程组形式如下(为书写方便，省略): . （2-3）令 ( 2-3)式可简写为 （2-4） 当同步观测的卫星数多

34、于四颗时，则须通过最小二乘平差求解，此时（2-4）式可写为误差方程组的形式: （2-5） 根据最小二乘平差求解未知数: （2-6） 未知数中误差: （2-7） 式中，Mx，为未知数中误差;。为伪距测量中误差;为权系数阵Qx主对角线的相应元素: （2-8） 在静态绝对定位的情况下，由于观测站固定不动，可以与不同历元同步观测不同的卫星，以n表示观测的历元数，忽略接收机钟差随时间变化的情况，由(2-8)式可得相应的误差方程式组 (2-9)式中 按最小二乘法求解得 (2-10) 未知数的中误差仍按式(2-7)估算。 如果观测的时间较长，接收机钟差的变化往往不能忽略。这时可将钟差表示为多项式的形式，把多

35、项式的系数作为未知数在平差计算中一并求解。也可以对不同观测历元引入不同的独立钟差参数，在平差计算中一并解算。 在用户接收机安置在运动的载体上并处于动态情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位。此时，一般同步观测4颗以上的卫星。利用式(2-6)即可求解出任一瞬间的实时解。 3.应用载波相位观刚值进行静态绝对定位 应用载波相位观测值进行静态绝对定位，其精度高于伪距法静态绝对定位。在载波相位静态绝对定位中，应注意对观测值加人电离层、对流层等各项改正，防止和修复整周跳变，以提高定位精度。整周未知数解算后，不再为整数，可将其调整为整数，解算出的观测站坐标称为固定解，否则称为实数解。载波相

36、位静态绝对定位解算的结果可以为相对定位的参考站(或基准站)提供较为精密的起始坐标。 相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS卫星可以确定多条基线向量。在一个端点坐标已知的情况下。可以用基线向量推求另一待定点的坐标。 相对定位有静态相对定位和动态相对定位之分,这里仅讨论静态相对定位。 1.观测值的线性组合 在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性，利用这些观侧量的不同组

37、合(求差)进行相对定位，可有效地消除或减弱相关误差的影响，从而提高相对定位的精度。 GPS载波相位观测值可以在卫星间求差，在接收机间求差，也可以在不同历元间求差。各种求差法都是观测值的线性组合。 将观测值直接相减的过程叫做求一次差。所获得的结果被当做虚拟观测值，叫做载波相位观测值的一次差或单差。常用的求一次差是在接收机间求一次差。设测站1 和测站2分别在ti和ti+1时刻对卫星k和卫星j进行了载波相位观测，如图2-1, ti时刻在测站1和测站2，对k卫星的载波相位观测值为和，对和求差，得到接收机间(站间) 对k卫星的一次差分观测值为: （2-11）同样，对j卫星，其ti时刻站间一次差分观测值为

38、: （2-12） 对另一时刻ti+1，同样可以列出类似的差分观测值。 对载波相位观测值的一次差分观测值继续求差，所得的结果仍可以被当做虚拟观测值，叫做载波相位观测值的二次差或双差。常用的求二次差是在接收机间求一次差后再在卫星间求二次差，叫做星站二次差分。例如对在ti时刻k、J卫星观测值的站间单差观测值和求差，得到星站二次差分即双差观测值:=- （2-13） 对二次差继续求差称为求三次差。所得结果叫做载波相位观测值的三次差或三差。常用的求三次差是在接收机、卫星和历元之间求三次差。例如，将ti时刻接收机1、2对卫星k、j的双差观测值与ti+1.时刻接收机1 、2对卫星k、j的双差观测值再求差，即对

39、不同时刻的双差观测值求差，便得到三次差分观测值即三差观测值: =- (2-14)上述各种差分观测值模型能够有效地消除各种偏差项。单差观测值中可以消除与卫星有关的载波相位及其钟差项，双差观测值中可以消除与接收机有关的载波相位及其钟差项，三差观测值中可以消除与卫星和接收机有关的初始整周模糊度项N。因而差分观侧值模型是GPS测量应用中广泛采用的平差模型。特别是双差观侧值即星站二次差分模型，更是大多数GPS基线向量处理软件包中必选的模型。图2-1求差说明图2.3 GPS测量主要误差分类2 GPS测量结果的误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的GPS测量中，地球潮汐、负荷

40、潮及相对论效应等都会对测量结果产生影响。表2-1给出了GPS测量的误差分类及各项误差对距离测量的影响。表2-1GPS测量误差的分类及对距离测量的影晌 误 差 来 源 对距离测量的影响(m)卫星部分星历误差;钟误差;相对论效应1.515 信号传播电离层;对流层;多路径效应1.515信号接收星钟的误差;位置误差;天线相位中心变化1.55其他形响地球潮汐;负荷潮1.0 图表所列的误差可以将信号的多路径效应归为偶然误差，将卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等归为系统误差。相比较而言系统误差比偶然误差要明显所以系统误差是GPS测量的主要来源。2.4 GPS测量主要误差及其影响1.电离

41、层当GPS信号通过电离层时。如同其他电磁波一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。所以用信号的传播时间乘以真空中光速而得到的距离就不会等于卫星至接收机间的几伺距离，这种偏差叫电离层折射误差。 2.对流层及其影响对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时，也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，这种现象叫做对流层折射。3.多路径误差多路径效应是GPS测量中一种重要的误差源，将严重损害GPS测量的精度，严重时还将引起信号的失锁。实践表明，多路径误差对P码最大影响可达10m以上。4. 卫星星历误差 在一个观测时间段内星历误差属系统误差特性

42、，是一种起算数据误差。它将严重影响单点定位的精度，也是精密相对定位中的重要误差源。 5. 卫星钟的钟误差卫星钟的钟差包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差，也包的含钟随机误差。在GPS测量中，无论是码相位观测或载波相位观测，均要求卫星钟和接收机钟保持严格同步。尽管GPS卫星均设有高精度的原子钟，但与理想的GPS时之间仍存在着偏差或漂移。这些偏差的总量均在lms，以内，由此引起的等效距离误差约可达300 km 。 6.接收机钟误差GPS接收机一般采用高精度的石英钟，其稳定度约为10-9。若接收机钟与卫星钟间的同步差为1s，则由此引的起等效距离误差约为300m。7.天线相位中心位置的偏差是实际上天线的

43、相位中心随着信号输人的强度和方向不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时位登(一般称相位中心)与理论上的相位中心将有所不同，这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响，可达数毫米至数厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。8. GPS天线相位中心的偏差GPS天线相位中心偏差可分为水平偏差和垂直偏差两部分。国内大多方法只能有效地检测出天线相位中心偏差水平分量，对于垂直偏差分量却不能精确测定出。就一般天线而言，其相位中心在垂直方向上的偏差远大于在水平方向上的偏差(水平偏差仅几个毫米，垂直偏差可达160 mm )。第3章 建筑物变形的原因和监测的技术方法、方案3.1建筑物变的形

44、原因为了保证高层建筑物在建设及使用中的安全,相关建设部门规定高层建筑物在建设中必须进行变形监测，变形监测报告是建筑物竣工后必须具备的基本资料。引起高层建筑物变形的因素很多：建筑物基础的地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化、建筑物本身的荷重、建筑物的结构及动荷载的作用，都会引起基础及其四周地形变形，从而导致建筑物变形。高层建筑物的变形如果超过一定的限度，就会影响到它的正常使用,尤其是产生不均匀沉降,更会危及建筑物的安全。建筑物的全部荷载都由它下面的地基来承担，地基有岩基和土基之分。对于岩基，虽然种类繁多，但一般除了它们的风化层和尚未完全固

45、结硬化的软岩之外，通常都能作为建筑物的地基，而土基的土是由固体颗粒、液体、气体混合成的三相体，其工程地质性质可以相差很大。对于高层建筑物而言，对地基土要求比较高，不只限于要求地基土有较高的承载力和较少的沉降量，更重要的是要对地基土的性状应充分了解和通过监测进行必要的研究，便对地基土质做出正确的评价。由于建筑物的建造，使地基中原有的应力状态发生变化而产生变形，表现为地基沉降。高层建筑物在建设中随着荷载的不断增加，建筑基础下土层的压缩是逐步实现的，因此，基础的沉降量亦是逐渐增加的。一般认为，建筑在砂土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间已完成大部分；而建筑在黏土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间只完

46、成了一部分。当荷载停止增加时，沉降也会逐渐趋于停止。因此，对于高层建筑而言，对地基强度有一定的要求。而地基强度与地基承载力等因素有关，地基承载力一方面取决于地基土的性质和形成条件，包括土的成层特点、均匀性、组合情况、荷载历史、地下水水位变化、地层遭受切割和破坏状况(如场地地震效应)等，都是影响承载力大小的重要因素。另一方面取决于基础类型、宽度、埋深等；建筑物的类型、平面和立面；荷载性质、大小及分布；上部结构对地基不均匀沉降的抵抗能力等；施工方法特别是加荷速率对承载力的影响很大等。可见，确定地基承载力是一个比较复杂的问题，必须综合考虑各种因素。而当地基承载力的设计计算数据与实际情况不相符，就会产

47、生建筑物不均匀沉降，影响建筑物的使用。特别是当建筑物荷载过大，超过地基土所能承受的能力，发生剪切破坏，将给建筑物安全带来隐患和危害。外界条件(如地下水位、地基土壤温度变化等)是产生建筑物沉降的另一个主要原因之一。建筑物的基础受力处在一种平衡状态下。倘若由于某种原因打破了这种平衡(抽取地下水)，建筑物将会产生均匀或不均匀的沉降,影响着建筑物的安全。当气象条件发生改变时，它可能表现为地基土壤在冻结时隆起和在解冻时下陷，由于受降水浸湿使地基土壤膨胀和软化以及阳光辐射和风的影响使地基土壤干燥等都会引起高层建筑物变形。此时，建筑物产生变形后一定要对其变形量值进行分析,建筑物正常的沉降，是循着从缓慢活跃缓

48、慢稳定的过程。因此，对高层建筑进行变形监测应贯串整个建筑物建设的全过程：即建筑之前、之中及运营期间。3.2建筑物变形监测的技术方法3观测对象的变形过程一般都是动态过程，只不过有的变形速度很快，有的则是通过被研究对象的不同离散时刻点进行观测，这时，把对象看作静态系统看几个时刻的观测结果，再来研究其运动的动态过程。变形测量方法的选择取决于变变形监测的目的、变形大小和变形速度等因素。变形监测发展的目标和首要任务高变形的精度。一则使得同样处于微小量级的测量误差不至于掩盖变形体的变更有效地发现变形体更小的变形。在工程和局部性变形监测方面，大地测量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用以及以GPS为主的空间定

49、位技术等均得到了较好的应用，根据对象不同，变形体上可分为下列几类：(1)大地测量法大地测量法应用最多的是水准测量法。精密水准测量是测定变形体垂直位移但误差较大，而消除或者改正大气折光误差对精密水准测量结果的影响是相当中、美、俄等国家的科技专家在这方面进行长期、大量的研究，但目前尚未能提有效的方法。建筑物变形监测主要是进行沉降监测。沉降测量是通过测定建筑物而出现的，运用的是水准测量。所以，水准测量的一些技术要求需要掌握。中华人业标准建筑变形测量规程规定各等级几何水准观测的技术要求，应符合下列各等级水准观测的视线长度、前后视距差视线高度，应符合下表的规定。其中往返长度、前后视距差和视线高度(m)应

50、符合下表3-1规定。表3-1水准观测的视线长度、前后视距差和视线高度表等级视线长度前后视距差前后累计视距差视线高度特级100.30.50.5一级300.11.00.3二级502.03.00.2三级755.08.0三丝读数(2)摄影测量法包括地面单张相片摄影测量、地面立体摄影测量、航空摄影测量等。单相片摄影测量只能测定平行于摄影机承片框平面上的变形。地面立体摄影测量则可测定物体空间位置的移动和变形，这两种方法最适于近距离单体建筑物的变形测量。由于计算机的广泛应用，促使非地形解析摄影测量方法有了很大发展，因此在近景摄影变形测量中不但可用带有框标语定向设备的测量摄影机，而且可广泛使用非量测用普通摄影

51、机，这就为摄影测量方法在变形测量中的应用开辟了更广阔的前景，如数字化摄影测量和实时摄影测量系统的应用。航空摄影测量一般只适用于大面积的地表变形测量。摄影测量方法具有很多优点，如可于同一时刻对建筑物和对象的很大范围进行观测，并可测定任意数量的点，其中包括不能直接测量的点，外业工作量少，效率高；能够将观测得到的全部资料贮存，并可随时恢复其空间模型；而且对观测快速变形具有其他方法所不可及的优点。(3)物理学传感器方法传统的直接测距和间接测距等距离两种方法存在着诸多缺点：劳动强度大、工作效率低下、精度难以提高、受地形条件和气候条件限制有时无法进行等。20世纪50年代至今，随着物理测距技术的逐步成熟和日

52、趋完善，物理测距仪器得以普及并获得广泛应用。 (4)GPS观测法传统的大地测量方法，无法测得绝对量(例如点在投影面上的坐标x,y和高程H，而只能观测一些相对量(例如角度、距离S、高差h等)。对于工程建筑物变形观测来说，据此所解算的变形总是相对于某个基准。而该基准则是由某些在整个观测期间一成不变的所谓不动点确定的。这样，就有可能歪曲变形结果。GPS是一种以卫星为基础的全球无线电定位导航系统。在测量上，GPS则具有全球性、全天候、高精度、连续、快速、实时的三维定位能力。GPS定位具有覆盖范围广、数据内容丰富、信号可靠、准确度高、多用性强、操作简便、经济效益高等优点。现在，GPS精密定位技术不仅广泛

53、用于国家控制网、城市控制网、工程控制网各等级控制点的定位测量和航空摄影测量的外业控制测量，而且也广泛用于大地形变测量、地表沉降监测和工程建筑物的变形观测。GPS精密定位技术用于沉降监测，可以直接采用GPS定位测量所解算的大地高程，无需进行高程系统的转换。这样不仅简化了计算工作，更重要的是对保证观测成果的精度不受损失具有一定的意义。3.3 GPS变形监测控制网的布设与观测 GPS网技术设计的一般原则包括以下几个方面: 1、应用范围的考虑 对于工程建设的GPS网，应该既考虑勘测设计阶段的需要，又要考虑施工放样阶段的需要。对于城市GPS控制网，既要考虑近期建设和规划的需要;又要考虑远期发展的需要;还应具有根据具体情况扩展GPS控制网的功能。例如，因为GPS测量具有高精度和不要求通视的优点，有的城市己经考虑将城市GPS网建成为兼有监测三维形变功能的控制网。这样既可以为城市建设提供发现隐患、预防灾害的极有价值的信息;也有利于充分发挥GPS网和测绘工作在城市建设中的作用。 2、采用分级布网的方案 分级布设GPS网，可根据测区的近期需要和远期发展分期布设，且可使全网的结构呈长短边相结合的形式。与全网均由短边构成的全面网相比，可以减少网的边缘处误差的积累，