宁荣华

（广东闻达不动产技术服务有限公司，广东惠州 516000）

1 GPS 静态测量技术基础

1.1 GPS 系统概述

全球定位系统（GPS）是一个由美国国防部建立和运营的全球导航卫星系统。这一复杂且高效的系统是通过一系列精密的运行在地球轨道上的卫星向地面发送信号，使接收设备能够准确地确定其地理位置。GPS 系统不仅能提供位置信息，还可以提供时间信息，因此，在地理信息系统、物流和运输、农业和科研等多个领域具有广泛应用。值得注意的是，GPS 系统的精度受到许多因素的影响，如大气条件、接收设备的质量，以及建筑物或其他大型结构可能对信号产生的阻挡等。通过持续的技术升级和改进，GPS 系统的精度已经得到了显著的提高，足以满足大多数民用和商业应用的需求。除了美国的GPS 系统外，还有其他几个全球导航卫星系统，如欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统、中国的北斗系统等，都在全球范围内提供了类似的定位服务，但由于历史的悠久和广泛的应用，GPS 仍然是最为人熟知和使用最广泛的全球导航卫星系统[1]。

1.2 GPS 静态测量技术的原理

全球定位系统（GPS）静态测量技术是一种精确的地理定位方法，主要用于地理、测绘和结构工程领域，如地壳运动研究、大型建筑物的变形监测等。该技术的关键在于利用GPS接收机固定在一个静止的位置，持续（通常数小时至数天）接收来自多颗GPS 卫星的信号，然后通过后续的精确计算，得出该接收点的精确地理位置。GPS 静态测量技术的工作原理是基于物理定律——电磁波（如GPS 信号）在真空中的传播速度是恒定的。通过比较接收器接收到的GPS 信号的传输时间和接收时间，可以计算出接收器与各卫星之间的距离。通过大量的测量数据和精密的计算方法，可以消除或减少各种潜在的误差来源，得出极其精确的位置信息。进行GPS 静态测量时，需要至少4 颗GPS 卫星的信号以确定接收点的三维坐标和钟差，为了提高测量的准确性和可靠性，通常会使用更多的卫星信号。此外，多次测量和多个接收点的同时测量也能提高测量的准确性，减小误差。尽管GPS 静态测量技术需要复杂的设备和计算方法，测量过程可能受到各种因素的影响，但因其能够提供厘米级，甚至毫米级的定位精度，在许多要求极高精度的应用中成为首选的测量方法。

1.3 GPS 静态测量技术的优势和局限性

GPS 静态测量技术具有全天候、全球覆盖的特点。无论是在偏远的山区，还是在城市的高楼大厦之间，只要能接收到足够数量的卫星信号，就可以进行测量，使GPS 静态测量技术在很多地理环境恶劣、人工干扰大的地区都能发挥重要作用。虽然GPS 静态测量技术初期设备投入和技术培训需要一定的成本，但一旦系统建立并运行，后期的运维和数据处理成本相对较低，相比于传统的地质学方法，如基于地震波的测量等，GPS 测量具有更低的风险和对环境的影响更小。GPS 静态测量技术本身具有高精度的特点，但实际的测量精度受到很多因素的影响，例如，大气条件、卫星和接收器的相对位置、接收器的质量、周围环境的影响等，都可能造成测量误差，特别是在城市环境和森林覆盖区域，建筑物和树木可能会阻挡卫星信号，使接收条件不佳。在应用该技术时，GPS 获取的数据需要使用专业知识和高级的计算技术进行处理和解析，GPS 信号的分析需要专门的软件和算法，虽然在很多情况下，GPS 静态测量技术是最佳选择，但在一些特殊情况下，可能需要配合其他方法使用，例如，需要快速获取大范围的地形变化信息时，可以使用空间遥感和无人机测绘的方式。

2 大型建筑物变形的成因及其影响

2.1 大型建筑物变形的常见原因

大型建筑物变形是一个复杂的过程，主要包括以下诱因：（1）建筑物的设计和施工过程中出现问题，如设计方案不合理，计算错误、结构承重能力不足，或者未考虑到特定的环境因素等，都可能导致建筑物在后期使用过程中产生变形。（2）施工质量不佳、材料选择不当或施工技术疏忽等，同样会对建筑物的结构稳定性产生影响。（3）自然环境因素也会引起大型建筑物的变形，如地基的变化，包括地基沉降、土壤液化、岩层破裂等都可能导致建筑物的基础结构受到影响；气候因素，如温度的变化、风力、降雨等也可能对建筑物的结构产生影响，长期下来可能导致建筑物的变形。（4）建筑物的使用情况和维护保养也对建筑物的变形有直接影响，超载使用、长期磨损和缺乏适当的维护都可能导致建筑物的结构逐渐发生变形[2]。

2.2 大型建筑物变形对建筑物结构和安全的影响

建筑物的变形往往意味着其内部结构受到了一定程度的破坏或失衡，这不仅会影响建筑物的正常使用，也可能威胁人们的安全。建筑物是一个整体，每个部分都对整个结构的稳定性起着关键作用，如果某一部分出现变形，可能会影响整个结构的平衡，致使承重能力下降，进一步导致其他部分的过度负荷和变形，形成一个恶性循环，在极端情况下，过大的变形可能会导致建筑物的崩塌。同时，建筑物的变形可能会导致内部设施的损坏。例如，墙体和地板裂缝可能会导致电线、管道等设施的损坏，影响供电、供水等基础设施的正常运行。此外，建筑物的变形可能会影响内部空间的布局和使用，如门窗无法正常开关、地板不平等。建筑物的变形也可能会影响建筑物的防灾能力，比如，墙体的裂缝可能会影响建筑物的防火、防水能力；地基的变形可能会影响到建筑物的抗震能力，建筑物的变形会在灾害发生时，加大建筑物和人员的损失。

2.3 既有的大型建筑物变形监测方法

大型建筑物的变形监测是一个关键环节，确保了建筑物的稳定性和安全性。传统的变形监测方法主要包括各种测量仪器和设备，例如，使用水平仪、电子水平仪、全站仪等进行角度和距离的测量；使用测绘设备进行地面和建筑物的测量；使用测绘仪和电导仪进行地下建筑的测量。这些方法都需要专门的人员进行操作和数据分析，并且可能会受到环境条件、设备性能等因素的影响。随着科技的进步，人们开发出了更多高效、精确的变形监测方法。其中，遥感技术，包括雷达和卫星图像，也被广泛用于建筑变形监测，不仅可以提供大范围、高精度的数据，而且可以覆盖偏远或者难以直接访问的区域。近年来，无人机（UAV）技术也在建筑变形监测中发挥了重要的作用。无人机可以携带摄像机、测距仪、雷达等设备，对建筑物进行近距离、高分辨率的监测。无人机可以灵活地飞行在建筑物的周围，获取不易观察到的细节信息，其飞行路径和监测频率可以根据需要进行调整，从而实现定制化的监测服务[3]。

3 基于GPS 静态测量技术的大型建筑物变形监测步骤

基于GPS 静态测量技术的大型建筑物变形监测方法是一种结合了科技和专业知识的多步骤过程。（1）在正式监测前应制订完善的计划，明确要监测的建筑物、时间、频率，以及数据收集和处理的方法。此阶段需考虑监测目的、建筑物的特性、可能出现的变形类型等因素。（2）在开始收集大型建筑物数据之前，需要将GPS 接收器固定在建筑物的关键部位，如基础、桥塔、墙壁等地方。接收器会收到从GPS 卫星发出的信号，其中包括时间、频率、强度等信息。GPS 接收器在接收信号的过程中会连续工作，因此，可以收集到一系列的位置数据，根据建筑物的当前位置可以计算建筑物的移动情况，从而监测到建筑物的变形。建筑物的变形可能是随时间发生的，因此，必须进行连续的监测。（3）收集完毕大型建筑物变形的关键数据后，进行数据的预处理，去除噪声、纠正错误和填补缺失值。GPS 信号在传播过程中可能会受到各种干扰而产生噪声，影响数据的准确性，因而需要对其进行去噪处理。为了避免数据收集过程中设备或者操作存在错误，需要通过校正消除这些错误，且数据收集过程中可能会有数据丢失，可以通过插值或者其他方法填补缺失的数据。（4）预处理后，计算变形参数，通常需要用到各种复杂的数学模型和算法，如最小二乘法、卡尔曼滤波等，可以根据位置数据计算出建筑物的位移、角度、速度等变形参数，从而揭示建筑物的变形情况。（5）在整个数据收集和处理过程中，还需要考虑到数据的保密和安全问题，对于可能包含建筑物的敏感信息，应采取合理的措施来保护数据的安全，防止数据泄露或者被滥用。

4 大型建筑物变形数据的分析方法

4.1 使用GPS 数据进行建筑物变形分析的具体方法

GPS 数据提供了一种高精度、高可靠性的测量方式，通过对GPS 数据的分析，可以有效监测和预测建筑物的变形。（1）应用统计学方法计算数据的平均值、中位数、标准差等，了解数据的基本情况，还可以通过绘制图表，如散点图、柱状图、箱线图等直观地观察数据的分布和关系。（2）运用回归分析、时间序列分析、因子分析等统计和机器学习方法进分析数据，以揭示建筑物的变形规律，例如，使用回归分析研究建筑物的变形与时间、环境条件等因素的关系，以便预测未来的变形；使用时间序列分析研究建筑物的变形趋势，以便及时发现可能的问题。（3）采用数据可视化的技术，如地图、图表、仪表板等，将分析结果以清晰易懂的方式呈现出来，并编写报告解释分析的过程和结果，以便其他人理解和使用。

4.2 分析结果的解读和应用

在使用GPS 数据进行大型建筑物变形分析后，理解分析结果并将其应用于实践是一项至关重要的任务。分析结果的解读需要有对数据的理解、科学的方法和专业知识，而应用分析结果则需要决策的智慧和实践的勇气。分析结果的解读需要理解分析的方法和过程，如回归分析的参数、时间序列分析的趋势等；理解结果的含义，如建筑物的变形趋势、变形与其他因素的关系等，并对结果进行评价，如结果的精度、可靠性、有效性等。根据分析结果，将解读的信息转化为实践的决策和行动，例如，分析结果显示建筑物的变形趋势不稳定，需要调整建筑设计，如增强结构、改变材料等；若分析结果显示建筑物的变形与某些环境因素有关，可能需要调整建筑施工，如改变施工方法、优化施工计划等；若分析结果显示建筑物的变形有可能导致安全问题，应加强建筑维护，如定期检查、提前修复等。

5 结语

总的来说，基于GPS 静态测量技术的大型建筑物变形监测方法，是一种具有高精度、高可靠性的监测方法。通过本文的研究，了解到大型建筑物变形的常见原因，掌握了变形监测的基本步骤，学习了如何处理和分析GPS 数据，以及如何解读和应用分析结果，为监测和预测大型建筑物的变形，保证建筑物的安全和稳定，提供了强有力的工具和方法。随着GPS 技术的进一步发展和应用，其将有更广泛的应用前景和价值。