GNSS自动化形变监测技术与应用

变形监测也称形变监测，就是利用先进的仪器设备和测量方法对变形体发生的形态变化现象进行监测，同时对变形体的变形形态进行数据分析、统计和预测等工作。变形监测研究首先要得到及时精确的变形数据信息，并且尽可能地通过这些数据信息来分析研究变形的内在规律、变形机理和外界影响，从而达到对变形体变形的影响进行预测、预报的作用。

但是要对变形监测进行及时准确的预测预报，就需要高精度、实时化的变形监测系统。而GNSS技术是一种可实现远程自动化测量的高精度的变形监测技术。GNSS的全称是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS），泛指所有的卫星导航系统，包括中国北斗系统（BDS）、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统和欧洲Galileo系统等全球的、区域的卫星导航系统。

由于GNSS技术具有全天候、全时域、定位精度高、测量时间短、测站之间无须通视和可同时测定点位的三维坐标等优点。近年来，我国GNSS对地观测技术发展迅速，目前主要应用于大地测量、变形监测、地震地质和地球动力学研究等方面，并取得了良好的效果。

北斗GNSS技术在地质灾害变形监测中的应用 

地质灾害具有极强的隐蔽性、突发性和破坏性。据中国地质灾害防治工程行业协会统计，2020年1-10月份，全国共发生地质灾害7771起，其中滑坡4775起、崩塌1775起、泥石流897起、地面塌陷174起、地裂缝142起、地面沉降8起，造成117人死亡、22人失踪、56人受伤，直接经济损失49.7亿元。

地质灾害场景

传统的地质灾害监测预警仅采用简易“人防”模式。如：用尺测量灾害隐患点裂缝宽度，进行数值记录和上报。但这种方式耗费大量人力、物力，也无法满足长时间甚至24小时不间断监测，很难保证突发地质灾害事件的提前预警与及时响应。

司南导航地质灾害监测系统作用场景图

GNSS高精度变形监测技术主要基于相对定位原理，即通过在“被监测变形体”和位于其附近的“位置信息已知的、基础稳定的参考点”上分别架设GNSS定位设备，采用GNSS高精度后处理差分定位技术可精准计算出变形点相对于稳定参考点间的相对位置变化，其位移精度分辨率依据数据处理算法的不同，最高可达毫米级，以此实现高精度变形监测的目的。

北斗GNSS技术在大坝变形监测中的应用

在大坝变形监测中，传统的变形监测是采用高精度的监测网对大坝变形要素进行监测，但由于大坝所处地形条件的影响，导致监测网的网形差和监测点的位置精度不精确，影响测量的准确性。这种方法的劳动强度很大，观测时间较长，没有实现自动化监测。随着GNSS技术的出现，使变形监测实现了从数据采集、数据传输、平差计算和变形分析的连续自动化。经研究发现，利用GNSS技术进行水平位移的监测精度在2mm以下，高程的测量误差在10mm以下。

司南水利水电大坝监测系统作用场景图

北斗GNSS技术在矿山尾矿库变形监测中的应用

长期以来，由于尾矿库管理监测监控系统不完备、监测监控技术落后、专业监测人员缺乏等原因，造成许多尾矿库的运行参数检测误差较大，难以及时掌控尾矿库的各项安全技术指标，这些都极大影响尾矿库的安全管理。基于GNSS技术的高精度实时在线变形监测预警系统在尾矿库的实施和应用，全面提升尾矿库安全监管和日常管理水平，增强企业、社会、政府对于尾矿库灾害的预警响应能力。

司南尾矿库监测系统作用场景图

北斗GNSS技术在露天矿边坡安全监测中的应用

随着大型金属非金属露天矿山的不断开采，排土场作为一种巨型人工松散堆垫体，随着其高度不断加高，必然会存在严重的安全问题。排土场失稳将导致矿山土场灾害和重大工程事故，不仅影响到矿山的正常生产和员工人身安全，也直接导致矿山蒙受巨大的经济损失。

 司南导航露天矿边坡监测系统作用场景图

GNSS边坡安全监测系统采用高精度卫星定位系统，能够及时掌握排土场边坡堆积区变形情况、分析变形规律、预测边坡及滑坡可能变化的范围及其变化趋势，为管理者及时采取相应的处理措施提供宝贵的参考资料，最终确保矿山企业的正常生产建设和人员安全。

北斗GNSS技术在桥梁结构健康监测中的应用

随着国民经济的发展,越来越多的特大型桥梁进入了人们的视野，桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构型式不断变化。这些交通基础设施在人们的经济生活中发挥着巨大的作用。桥梁长期健康监测是评估桥梁健康状态、保障桥梁安全、避免事故发生的重要环节。监测桥梁形变可以有效反映桥梁结构的工作状况，为管理部门提供可靠的数据依据。

司南导航大型桥梁监测系统模拟场景图

北斗GNSS技术在地表沉降变形监测中的应用

随着金属非金属矿山开采时间的增长，地下采空区规模进一步扩大，采空区的支撑条件进一步恶化，严重威胁着矿区地质环境安全、深部矿体采矿生产的安全以及地表人民生活的安全。司南导航地表沉降自动化监测系统以北斗卫星导航高精度定位技术与地下水、降雨量等多种传感器监测技术结合实施，便于企业和安全监管部门实时掌握矿区地表沉降状况和安全现状，从而保障深部矿体安全开采及矿区内人民群众的生命财产安全。

司南地表沉降监测系统作用场景图

北斗GNSS技术在高层建筑安全监测中的应用

高层建筑虽有优势，但同时也有着一系列的弊端。最受人关注的一点，就是高层建筑的安全性。据粗略统计，之前发生过高楼倒塌的事故不计其数。很多高楼在建造过程中一味地追求美观，从而会影响到楼房的质量。

司南高层建筑安全监测系统作用场景图 

高层建筑安全监测系统是通过高精度卫星定位系统GNSS、数字化倾斜仪、数字化裂缝计、数字化静力水准仪等监测设备，对高层建筑的位移、偏摆、沉降、倾斜、裂缝、应力应变等形变数据进行实时监测，并通过通信网络将数据实时传回监测数据平台“司南云”，系统实时监测建筑的形变情况，

结束语

GNSS以其实时、高精度、全天候、不受通视条件限制和自动化观测程度高等优点，为实现工程和地壳形变及灾害变形监测中的应用提供了高质量的保证，实践证明，GNSS在变形监测中的应用是一种值得采用的有效手段，这对弥补传统的监测方法的不足有重要意义。随着我国北斗导航定位系统的投入使用与完善，GNSS技术在我国国民经济建设中必将有更广阔的发展前景。