本實用新型涉及建筑物監(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)。

背景技術(shù)：

隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(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)測量方法達到要求。

為了實現(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時監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型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)，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，實現(xiàn)對超高層建筑施工過程實時監(jiān)測，提高超高層建筑施工的安全性。

本實用新型的技術(shù)方案：

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型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，位于超高層建筑周圍的第二基準(zhǔn)點以及設(shè)置在超高層建筑上的一組監(jiān)測點；所述第一基準(zhǔn)點與第二基準(zhǔn)點形成固定基線，固定基線與每個監(jiān)測點形成三角形，一組監(jiān)測點對應(yīng)的三角形構(gòu)成固定基線組網(wǎng)；所述基準(zhǔn)點與監(jiān)測點上設(shè)置有接收北斗衛(wèi)星定位信號的接收機。

為了方便后期數(shù)據(jù)處理，還可以增加數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，接收機獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對觀測數(shù)據(jù)進行處理，并獲取超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

進一步地，所述監(jiān)測點設(shè)置在核心筒頂部位置，其數(shù)量為8～10個。

進一步地，所述接收機的通道數(shù)為198，其可接收三個全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、八頻點的數(shù)據(jù)。

進一步地，所述全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS、BDS、GLONASS。

進一步地，所述八頻點為L1、L2、L3；B1、B2、B3；G1、G2。

進一步地，所述接收機的規(guī)格為GNSS CSCEC-HC-5。

所述第二基準(zhǔn)點與超高層建筑的位置距離不超過1km。

本實用新型有益效果：

本實用新型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，實時對超高層建筑的變形進行監(jiān)測，解決了監(jiān)測環(huán)境差，超高層建筑物遮擋嚴重，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描述，本實用新型的上述優(yōu)點將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本實用新型，其中：

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型之固定基線組網(wǎng)的示意圖；

圖3所示為監(jiān)測點單歷元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；2.第二基準(zhǔn)點；3.固定基線；4.監(jiān)測點；5.三角形；6.北斗衛(wèi)星。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型一種基于北斗衛(wèi)星的超高層建筑高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法進行詳細說明。

在此記載的實施例為本實用新型的特定的具體實施方式，用于說明本實用新型的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對本實用新型實施方式及本實用新型范圍的限制。除在此記載的實施例外，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，輔助說明本實用新型的構(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)出本實用新型實施例的各部件的結(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是本實用新型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1，位于超高層建筑附近的第二基準(zhǔn)點2，設(shè)置在超高層建筑上的一組監(jiān)測點4，以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

基準(zhǔn)點與監(jiān)測點上設(shè)置有能夠接收北斗衛(wèi)星定位信號的接收機；第一基準(zhǔn)點1與第二基準(zhǔn)點2形成固定基線3，固定基線3與每個監(jiān)測點4形成三角形5，若干監(jiān)測點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)進行處理，并獲取超高層建筑的變形數(shù)據(jù)。

所述監(jiān)測點設(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，所述八頻點為L1、L2、L3；B1、B2、B3；G1、G2。

所述第二基準(zhǔn)點與超高層建筑的位置距離不超過1km。

所述第一基準(zhǔn)點、第二基準(zhǔn)點與任意一個監(jiān)測點均不共線。

本實用新型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，設(shè)立監(jiān)測系統(tǒng)第一基準(zhǔn)點1、第二基準(zhǔn)點2；

S2.將監(jiān)測點布置在超高層建筑的核心筒頂部位置；

S3.將接收機安裝在第一基準(zhǔn)點1、第二基準(zhǔn)點2及監(jiān)測點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)對接收機獲取的觀測數(shù)據(jù)進行處理，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)點坐標(biāo)計算；

具體地，利用第一基準(zhǔn)點1、第二基準(zhǔn)點2的觀測數(shù)據(jù)，選擇同時段北京、武漢、中國臺灣、拉薩等IGS站的觀測數(shù)據(jù)，采用GAMIT軟件，進行聯(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)點坐標(biāo)。

S5-2.超高層建筑監(jiān)測點坐標(biāo)計算；

具體地，將每個監(jiān)測點4分別與第一基準(zhǔn)點1、第二基準(zhǔn)點2構(gòu)成三角形5。每個三角形5進行了X、Y、Z三個方向坐標(biāo)增量閉合差檢驗，即同步環(huán)閉合差檢驗，然后進行平差處理，計算出各個監(jiān)測點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)點的海拔高，各測量點用衛(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點高程，即可得到超高層建筑高度。

計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)星定位實測高程與設(shè)計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)測點單歷元E、N方向振動曲線。

S5-6.計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)測點為例，截取其中的400個點的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。

本實用新型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，實時對超高層建筑的變形進行監(jiān)測，獲取高精度變形數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測超高層建筑施工過程。

本實用新型不局限于上述實施方式，任何人在本實用新型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，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。