3 建筑物变形观测
3.1 变形概述
建筑物在工程建设和使用过程中，由于基础的地质结构不均匀，土壤的物理性质不同，土基的塑性变形，地下水位的变化，大气温度的变化，建筑物本身的荷重（如风力，震动等）的作用，会导致工程建筑物随时间的推移发生沉降，位移，扰曲，倾斜及裂缝等现象。这些现象统称为变形。
工程建筑物的变形，按其类型可以分为：静态变形和动态变形.变形按时间长短可分为：长周期变形（建筑物自重引起的沉降和变形），短周期变形（温度变化引起的变形）。 3.2 变形观测概述
3.2.1.变形观测 所谓变形观测，是用测量仪器或者专用仪器测定建筑物及地基建筑物在荷载和外力作用下随时间变形的工作.通过变形观测，可以检查、各种工程建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题，确保质量和使用安全；更好的了解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的预报变形的理论和方法；以及对某种新结构，新材料，新工艺的性能做出科学的客观的评价。
变形观测属于安全监测。变形观测有内部观测和外部观测两方面。内部观测内容由建（构）筑物的内部应力，温度变化的测量，动力特征及其速度的测定等，一般不由测量工作者完成。内部观测与外部观测之间有着密切的联系，应同时进行，以便互相验证和补充。
变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量，而为了求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置.
变形观测的内容，应根据建筑物的性质与地基情况来决定.要求有明确的针对性，既要作全面的考虑，以便能正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营，了解其变形规律之目的. 3.2.2.变形观测的特点
与一般的测量工作相比，变形观测具有以下几个特点： (1).观测的精度要求高
由于变形观测的结果直接关系到建筑物的安全，影响对变形原因的分析和变形规律的正确分析，和其他测量工作相比较，变形观测必须具有很高的精度。典型的变形观测精度要求是1mm或者相对精度1×10-6。因此，根据变形观测的目的不同，确定合理的观测精度和观测方法，优化观测方案，选择测量仪器是实施变形观测的前提。
(2).需要重复观测
建筑物由于各种原因产生的变形都有时间效应，计算其变形最简单，最基本的方法是计算建筑物上同一点在不同时间的坐标差和高程差。这就要求变形观测必须依一定的时间周期重复观测，时间跨度较大。重复观测的周期取决于变形观测的目的，预计的变形量的大小和速度。
(3).要求采用严密的数据处理方法 建筑物的变形一般都比较小，有时甚至与观测精度处在同一个数量级；同时，大量重复观测使原始数据增多。要求从不同时期的大量数据中，精确确定变形信息，必须采用严密的数据处理方法 3.2.3.变形观测的基本方法
变形观测方法可以分为四类.
第一类:常规大地测量方法,包括几何水准测量,三角高程测量,三角(边)测量,导线测量,交会法等.这类方法的测量精度高,应用灵活,适用于不同变形体和不同的工作环境,但野外工作量大,不易实现自动和连续监测.
第二类:摄影测量方法:包括近景摄影测量.它可以同时测量许多点子,作大面积的复测,尤其适用于动态式的变形观测,外业简单且精度较底.
第三类:专门测量方法,或称物理仪器法,包括各种准直测量(激光准直系统具有代表性),倾斜仪观测,流体静力水准测量系统及应变计测量.用专门测量手段的最大特点是容易实现连续自动监测及遥测,且相对精度高,但测量范围不大,提供的是局部变形的信息.
第四类:空间测量技术:包括甚长基线干涉测量(VLBI),卫星激光测距,全球定位系统(GPS)等.空间测量技术先进,可以提供大范围的变形信息,是研究地壳变形及地表下沉等全球性变形的主要手段.
工程建筑物变形观测的基本方法,要根据建筑物的变形性质,使用情况,观测精度,周围的环境以及对观测的要求来选定.在实际变形观测方案时应综合考虑各种测量方法的应用,互相取长补短.
4. 平面控制网的建立
此次平面控制网按照Ⅲ等布设,各项技术要求按照SL52-93《水利水电工程施工测量规范》执行.平面工作基点布施四点:TN01, TN02, TN03, TN04.
大地四边形(SBY02,TN04,SBY05,TN01)由于TN01与SBY02和SBY05不通视,故决定采用GPS卫星定位仪进行测量。
GPS观测
1. GPS 介绍
术语解释：全球定位系统
全球：它是指地球表面上任何一个位置。这里，任何地方不包括建筑物内
部，地底下，降雨密集的地方，茂密的森林，以及任何没有直接暴露于地表之上的位置。GPS卫星所发出的无线电波很短，波长不大于20厘米。之所以要用短波进行测量是因为它传播时不象其他长波如调频波和调幅波那样已发生衍射，走弯路。然而，短波等穿透能力不如长波强，因此，在卫星发射器和地面接受机之间一定不能存在固体介质，否则，电磁波会象光波一样容易受到阻挡。
定位
要回答这样一个崭新而又古老的问题，想象以下几个问题或许会对你有所帮助。你在哪？你移动的多快？朝哪个方向你可以到达哪个确切的位置？以你的速度来算，到达那边你需要多长的时间？最后，对于地理信息系统来说最重要的问题是你曾经到过哪里？
系统
它是指处于环境之中，由相互作用，相互依赖的若干有各自特性的部分所组成的一个有机整体。
具体来说，GPS包括以下几个部分：
[地球]：全球定位系统一个主要的成分就是地球本身：大地体，地表以及地及以上的空间部分。大地体决定着GPS卫星的运行周期和轨道。从物理学的角度来说，每颗卫星以每秒4千米的速度试图飞离地球，而地球引力则吸引着卫星，卫星运动产生的离心力与地球卫星间的吸引力产生了一个力的平衡。这使得卫星的运动轨道与地球球面始终保持平行。地球表面布满了用金属或石头做成的“标志物”用来精确的定位坐标。这些“标志物”形成的“数字经纬网”即是地球坐标的基础。用这些标志物所确定的经纬网格，我们可以测出地表上任何位置的坐标位置。
[环球卫星]：美国GPS计划建立一个共由24颗卫星带有太阳能发射器的卫星组成的星座，以便能在任何给定时刻看见地表上的任何一点。1978年2月22日发射了第一颗卫星，至1994年中期，24颗卫星全部发射完毕，其中包括3颗备用卫星。这些卫星以20200千米的中等高度饯行于地表上空。这个高度超过了空中一般飞行器的标准高度，避开了大气影响的危险。GPS卫星低于通常用于信息传播，发射电磁信号和其他信号的地球同步卫星，地球同步卫星高出地面354200千米的赤道上空向基站收发信号。导航卫星即不能在地球的两极上空，也不能在地球赤道上空，而是在与地球赤道成55度角的平面上每12小时绕地球运行一周，虽然每颗卫星的饯行周期是12小时，但在地球上观察它从升到降大约每天仅4分钟。在六个轨道圈的每个轨道圈上都均匀分布着四颗卫星。这些轨道圈都是几乎标准的圆，地球自转的速度和卫星的轨道圈的结合，产生了一个大而多样的悬于地表上空的轨道。GPS卫星以每秒3。87千米的速度运行。他们每颗重大约860千克，两侧设有约8。7千米长的双叶太阳能板。一般她们都是在佛罗里达洲的肯尼迪太空发射中心用△II型火箭发射升空，进入预定轨道的。
[地面基站]：当GPS卫星在挣脱大气引力时，其运行轨道受到日球太阳引力以及太阳风的影响，此外，因为她们满载电子设备，其运行轨迹和内部结构必需被监控。这一任务由分布在：阿松森群岛，迭戈加西亚，夏威夷和卡瓦加兰的四个地面控制站完成，每颗卫星每秒至少要在一个监控站上空经过两次。西西由监控站产生并传播到卫星，然后再由卫星转播到地面的接受机。卫星传播方案的正常取决于其电子设备，如何对卫星的轨道进行偏离校正，当前的卫星星历以及其他很多涉及很深奥的方面。在此，我们不做讨论。在科罗拉多维斯的科罗拉多站是主控站，其他四个地面监控站主要用于辅助主控站为卫星加载数据信息。
[接受机]：它是GPS的一部分，了解它，你将会对GPS更加熟悉。GPS接受机主要由以下几个基础的部分组成：
（1） 天线
（2） 接受卫星信号的电子仪
（3） 一台用以确定天线位置及报告位置值的微处理器 （4） 一台供用户使用的输入器 （5） 一台显示屏 许多精密元件的处理，存储数据点的位置和天线的移动速率。这些信息可被下载到电脑中，然后再加入一个GIS，其他精密GPS元件可用于向别的GPS接受机接受和传输数据，这种技术多为“实时，动态GPS”，可被用于提高定位精度。
[接受机生产厂家]：除了令人惊奇的工程应用价值和诸如国防或向外太空开发资源的应用价值之外，GPS还存在巨大的商机。许多专门的生产GPS接受机的厂家都向用户提供完整的GPS元件。
[美国国防部]：它专门生产和维修导航卫星系统的立法。首先，GPS是个机
密。从1978年第一颗卫星发射升空到1983年对外公布，经历了5年的时间。在过去人们只利用被厂家称为“有用的东西”的GPS的一部分，国防部一直对GPS有着严密的限制。人们对于“地下”转为民用的GPS的设计没有产生丝毫的怀疑，要不，GPS根本不可能被造出来。在以后的时间里，许多问题必须解决。例如，在军队故意掺杂错误信号以便独享GPS时，其向外，不能保证高于100米的定位精度。国防部正努力改进民用系统，他们和我们一样希望，民用GPS将达到军用GPS的精度。
2.GPS 的具体运用
GPS观测选用美国天宝生产的Trimble 4800和4700双频率GPS接收机，其标称精度为5mm+1ppm×D，D为测站间的距离（km）.此次GPS的作业模式采用静态相对定位模式。具体作业方法如下：将两台或者两台以上的GPS接收机分别安置在几个点上，同步观测1～2h。当测站间的距离超过20km时，适当延长时间，当测站间的距离不超过5km时，观测时间可以缩短到45min左右。此次GPS观测严格按照《全球定位系统测量规范》对C级网的规定作业.
大地四边形(SBY05,TN01,TN02,TN04)为测边网,采用Leica DI2002测距仪测边,对向观测.
大地四边形(SBY05,TN02,TN03,TN04)为边角网,由于TN02至TN03不通视,所以加测三角形(SBY05,TN03,TN04)3个内角,用2〞级仪器观测水平角6测回.Leica DI2002测距仪的标称精度为：1mm+1ppm×D，依据《国家三角测量规范》和《中、短程光电测量规范》规定，用Leica DI2002测距仪测边时，采用对向观测各两测回，完全能满足设计要求的三等控制.
Leica DI2002具体作业方法如下:将测距仪和反射镜分别安置在测线的两端,仔细地对中.接通测距仪的电源,然后照准反射镜,检查经反射镜返回的光强信号.合乎要求后即可以开始测距.为防止出现粗差,可一次照准读两次读数.然后,重复测距三次,.每次读两次距离读数. 采用四次照准的目的是为了减小照准误差的影响;使其由系统性变为偶然性.将读数值记录到手簿中.接着采用单丝法(中丝法)读取竖盘读数,记录到相应部分.每次测距时都应该用温度计读取大气温度值,由气压计读取气压值.观测完毕可按测线的竖角值进行倾斜改正,按气温和气压进行气象改正,最后求得测线的水平距离.
5. 高程控制网的建立
此次依据业主提供的资料，高程控制是以SBYⅡ01，SBYⅡ05为起算数点，依据《国家一、二等水准测量规范》规定，按照二等水准测量的要求观测.考虑到监测点每月观测一次，而SBYⅡ01，SBYⅡ05两个点离监测点又比较远，每次以SBYⅡ01，SBYⅡ05作为起算点，工作量大，于是重新在监测点附近选择稳定的基岩布设了四个工作基点BM01，BM02，BM03，BM04。先以SBYⅡ01，SBYⅡ05为起算点，将高程引测到工作基点上，以后每月可从工作基点上对监测点进行垂直位移的监测，减小工作量.
6. 结论
整个设计很合理，符合规范的要求。在不利的地形地质条件下，打破常规结合使用GPS和常规仪器，发挥两者各自的特长，取得了一个突破。事实证明，整个设计是合理；作业是艰苦但是很符合规范要求；成果是可靠的！