本發(fā)明涉及建筑物監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

隨著中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，超高層建筑引領(lǐng)城市發(fā)展趨勢，目前我國超過300m以上建筑已有50多座。這種超高層建筑在施工過程中，軸線測量、豎向精確投測、高程精確傳遞、建筑物的擺動、基振頻率的測定，無法用常規(guī)測量方法達(dá)到要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述測量和監(jiān)測工作，利用北斗高精度衛(wèi)星定位技術(shù)對超高層建筑進(jìn)行變形監(jiān)測，但對于監(jiān)測環(huán)境差的超高層建筑，其受其他物體遮擋，致使監(jiān)測衛(wèi)星少，經(jīng)常出現(xiàn)無法獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)或獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)精度不高的問題，無法對超高層建筑施工過程實(shí)時監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)問題，提供一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，用于解決監(jiān)測環(huán)境差，無法獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)或獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)精度不高的問題，實(shí)現(xiàn)對超高層建筑施工過程實(shí)時監(jiān)測，提高超高層建筑施工的安全性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)，其包括北斗衛(wèi)星。

其還包括距超高層建筑4-10km的第一基準(zhǔn)點(diǎn)，位于超高層建筑附近的第二基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)置在超高層建筑上的若干監(jiān)測點(diǎn)，以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)上設(shè)置有能夠接收北斗衛(wèi)星定位信號的接收機(jī)；第一基準(zhǔn)點(diǎn)與第二基準(zhǔn)點(diǎn)形成固定基線，固定基線與每個監(jiān)測點(diǎn)形成三角形，若干監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)的三角形構(gòu)成固定基線組網(wǎng)；接收機(jī)獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并獲取超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在核心筒頂部位置，其數(shù)量為8-10個。

進(jìn)一步地，所述接收機(jī)的通道數(shù)為198，其可接收三個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、八頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS、BDS、GLONASS。

進(jìn)一步地，所述八頻點(diǎn)為L1、L2、L3；B1、B2、B3；G1、G2。

進(jìn)一步地，所述接收機(jī)的規(guī)格為GNSS CSCEC-HC-5。

本申請還公開了一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測方法，使用上述超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)，其具體包括以下步驟：

S1.根據(jù)超高層建筑的特點(diǎn)，設(shè)立監(jiān)測系統(tǒng)第一基準(zhǔn)點(diǎn)、第二基準(zhǔn)點(diǎn)；

S2.將監(jiān)測點(diǎn)布置在超高層建筑的核心筒頂部位置；

S3.將接收機(jī)安裝在第一基準(zhǔn)點(diǎn)、第二基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測點(diǎn)上；

S4.測量超高層建筑的環(huán)境溫度及風(fēng)速；

S5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對接收機(jī)獲取的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，在步驟S5中，所述數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：

S5-1.超高層建筑基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；

S5-2.超高層建筑監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；

S5-3.衛(wèi)星定位高程測量；

S5-4.超高層建筑受溫度影響的變形計(jì)算；

S5-5.采用雙基站固定基線靜態(tài)新算法獲得超高層建筑變形趨勢；

S5-6.計(jì)算超高層建筑的擺動幅度；

S5-7.計(jì)算超高層建筑的振動頻率。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明提供的一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，其設(shè)置合理，采用雙基站固定基線靜態(tài)新算法，實(shí)時對超高層建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測，解決了監(jiān)測環(huán)境差，超高層建筑物遮擋嚴(yán)重，同步觀測衛(wèi)星數(shù)量少，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量差，無法通過常規(guī)算法解算，不能獲取高精度變形數(shù)據(jù)的問題。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明，其中：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明之固定基線組網(wǎng)的示意圖；

圖3所示為監(jiān)測點(diǎn)單歷元E、N方向振動曲線；

圖4是超高層建筑在南北方向的擺動幅度示意圖；

圖5是超高層建筑在東西方向的擺動幅度示意圖；

圖6是超高層建筑在南北方向的振動頻率示意圖；

圖7是超高層建筑在東西方向的振動頻率示意圖；

圖8是超高層建筑在高程方向的振動頻率示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件如下：

1.第一基準(zhǔn)點(diǎn)；2.第二基準(zhǔn)點(diǎn)；3.固定基線；4.監(jiān)測點(diǎn)；5.三角形；6.北斗衛(wèi)星。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關(guān)系。請注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。

圖1至圖8是本發(fā)明所述一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法的相關(guān)示意圖。

一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，其包括北斗衛(wèi)星6，其還包括距超高層建筑4-10km的第一基準(zhǔn)點(diǎn)1，位于超高層建筑附近的第二基準(zhǔn)點(diǎn)2，設(shè)置在超高層建筑上的若干監(jiān)測點(diǎn)4，以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)上設(shè)置有能夠接收北斗衛(wèi)星定位信號的接收機(jī)；第一基準(zhǔn)點(diǎn)1與第二基準(zhǔn)點(diǎn)2形成固定基線3，固定基線3與每個監(jiān)測點(diǎn)4形成三角形5，若干監(jiān)測點(diǎn)4對應(yīng)的三角形5構(gòu)成固定基線組網(wǎng)，如圖2所示；接收機(jī)獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并獲取超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

所述監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在核心筒頂部位置，其數(shù)量為8-10個，用于超高層建筑的變形監(jiān)測。

在本申請中，所述接收機(jī)的規(guī)格為GNSS CSCEC-HC-5，其通道數(shù)為198，其可接收三個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、八頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)。其中，所述全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS、BDS、GLONAS，所述八頻點(diǎn)為L1、L2、L3；B1、B2、B3；G1、G2。

本發(fā)明還公開了一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測方法，使用上述超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)，其具體包括以下步驟：

S1.根據(jù)超高層建筑的特點(diǎn)，設(shè)立監(jiān)測系統(tǒng)第一基準(zhǔn)點(diǎn)1、第二基準(zhǔn)點(diǎn)2；

S2.將監(jiān)測點(diǎn)布置在超高層建筑的核心筒頂部位置；

S3.將接收機(jī)安裝在第一基準(zhǔn)點(diǎn)1、第二基準(zhǔn)點(diǎn)2及監(jiān)測點(diǎn)4上；

S4.測量超高層建筑的環(huán)境溫度及風(fēng)速；

S5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對接收機(jī)獲取的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

在步驟S5中，數(shù)據(jù)處理包括以下步驟：

S5-1.超高層建筑基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；

具體地，利用第一基準(zhǔn)點(diǎn)1、第二基準(zhǔn)點(diǎn)2的觀測數(shù)據(jù)，選擇同時段北京、武漢、臺灣、拉薩等IGS站的觀測數(shù)據(jù)，采用GAMIT軟件，進(jìn)行聯(lián)合解算，獲得兩基準(zhǔn)站W(wǎng)GS框架下的地心坐標(biāo)，并將其投影到500m平面，作為已知起始坐標(biāo)，這個坐標(biāo)是超高層建筑基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)。

S5-2.超高層建筑監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算；

具體地，將每個監(jiān)測點(diǎn)4分別與第一基準(zhǔn)點(diǎn)1、第二基準(zhǔn)點(diǎn)2構(gòu)成三角形5。每個三角形5進(jìn)行了X、Y、Z三個方向坐標(biāo)增量閉合差檢驗(yàn)，即同步環(huán)閉合差檢驗(yàn)，然后進(jìn)行平差處理，計(jì)算出各個監(jiān)測點(diǎn)4的三維坐標(biāo)。

S5-3.衛(wèi)星定位高程測量；

具體地，衛(wèi)星定位測出的高程是相對于橢球面的高程，即大地高。大地高與海拔高之間存在高程異常。一般用水準(zhǔn)測量測出基準(zhǔn)點(diǎn)的海拔高，各測量點(diǎn)用衛(wèi)星定位求出大地高，經(jīng)高程異常改正得到海拔高，減去±0.000點(diǎn)高程，即可得到超高層建筑高度。

計(jì)算過程中要考慮到建筑物施工過程中的地基沉降及層間壓縮。衛(wèi)星定位實(shí)測高程與設(shè)計(jì)高程相差之間的最大誤差在4mm以內(nèi)。

S5-4.超高層建筑受溫度影響的變形計(jì)算；

S5-5.采用雙基站固定基線靜態(tài)新算法獲得超高層建筑變形趨勢；

具體地，將三系統(tǒng)多頻觀測值經(jīng)過周跳探測、修復(fù)，雙差解求出整周模糊度，然后采用序貫平差方法求出各歷元解。

根據(jù)小波變換基本原理，利用最大尺度小波變換的低頻系數(shù)重構(gòu)得到大樓三個方向的整體變形趨勢。如圖3所示為監(jiān)測點(diǎn)單歷元E、N方向振動曲線。

S5-6.計(jì)算超高層建筑的擺動幅度；

采樣時間為24小時，采樣率10Hz，即1小時采樣數(shù)據(jù)為36000個歷元數(shù)，觀測數(shù)據(jù)量太大。以某監(jiān)測點(diǎn)為例，截取其中的400個點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)繪制時程曲線圖。圖4、圖5分別為超高層建筑在南北方向、東西方向的擺動幅度示意圖。

S5-7.計(jì)算超高層建筑的振動頻率。

具體地，將10Hz采樣數(shù)據(jù)經(jīng)小波分解及傅里葉變換可得到大樓振動頻率。如圖6-圖8所示，分別為超高層建筑在南北方向、東西方向及高程方向的振動頻率示意圖。

本發(fā)明提供的一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，其設(shè)置合理，解決了監(jiān)測環(huán)境差，超高層建筑物遮擋嚴(yán)重，同步觀測衛(wèi)星數(shù)量少，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量差，無法通過常規(guī)算法解算，不能獲取高精度變形數(shù)據(jù)的問題；采用雙基站固定基線靜態(tài)新算法，實(shí)時對超高層建筑的變形進(jìn)行監(jiān)測，獲取高精度變形數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)測超高層建筑施工過程。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。