Page 46 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第6期
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                     1）感知层。感知层集成了 GNSS、IMU 和环                    model，SSDM）。该方法避免模糊度的解算、周跳
                境因子采集系统，构成具有多用途的数据采集终                            的探测与修复，直接从载波相位观测值中提取变
                端，可同时满足平移、沉降、倾斜、振动、扭转以及                          形信息，提升了 GNSS 监测手段的适用性，但由
                挠度的多参数监测，实现全方位监测。                                于可探测变形量与载波波长相关，此方法只适用
                     2）传输层。传输层具有灵活的传输模式选                         于对较小变形量场景使用。为此，文献［17］使用
                择能力，以满足超高层建筑对实时性和稳定性的                            多种载波相位组合计算，构建了一种适合较大变
                要求。针对不同场景，方案支持多种数据传输方                            形值（0.5 m）实时监测的方法，拓展了方法的适用
                式，如 5G 通信、LoRa 远距离传输和光纤传输，实                      场景。文献［18］提出了利用 GNSS 三差观测值
                现高效数据传输。尤其是在关键位置引入双通                             直接提取建筑物在两个历元间动态变形信息的
                道冗余设计，提高数据传输的可靠性和抗干扰能                            三差模型方法，避免了整周模糊度的解算，从而
                力，保障数据链路的稳定性。                                    简化了变形监测过程中的计算量，进一步提升了
                     3）数据层。数据层可针对不同场景及数据                         复杂环境下监测系统的可靠性。文献［19］通过
                类型，灵活选择多源数据融合算法进行多源数据                            时间差分载波相位（time difference carrier phase，
                融合处理。在完成多源数据的汇聚后，进行多源                            TDCP）解算监测体前后历元间三维坐标变化量，
                数据融合处理、多源数据耦合分析、数据存储与                            以识别监测体发生的显著位移，并结合卡尔曼滤
                管理等功能，为长期稳定性评估提供了数据支撑                            波实现了监测体的快速变形识别，为监测体状态
                和理论依据。                                           评估提供了新方法。
                     4）应用层。应用层构建了具备实时监测、智
                                                                     此 外 ，为 应 对 基 站 设 置 困 难 等 挑 战 ，GNSS
                能预警与风险缓解功能的超高层建筑变形监测                             精密单点定位（precise point positioning，PPP）和
                系统。该系统依托大数据和人工智能技术，可对                            PPP- 实 时 动 态 差 分 定 位（real-time  kinematic，
                监测指标进行动态阈值设定，在风险增加时主动                            RTK）技 术 逐 步 应 用 于 复 杂 建 筑 环 境 监 测 。
                生成应急策略。不仅实现了实时预警，还提供了                            PPP 技 术 通 过 精 密 轨 道 和 钟 差 改 正 误 差 ，无 需
                基于历史数据的趋势预测，为超高层建筑安全管
                                                                 基 站 即 可 获 得 高 精 度 绝 对 坐 标 ，但 在 动 态 监 测
                理提供了科学决策支持。
                                                                 精 度 上 有 所 限 制   ［20-22］ 。 PPP-RTK 技 术 结 合 了
                                                                 PPP 的广域覆盖与 RTK 的快速收敛优势，通过
                3 GNSS 多源融合变形监测方法
                                                                 布 设 稀 疏 全 球 观 测 站 和 局 域 稠 密 观 测 站 ，实 现
                3.1 GNSS 变形监测模型                                  了厘米级实时定位         ［23-26］ 。尽管 PPP-RTK 在超高
                     GNSS 以其高精度、全天候、实时特性，被广                      层 建 筑 变 形 监 测 中 尚 未 大 规 模 应 用 ，其 未 来 发
                泛应用于建筑结构变形监测中。在各类监测场                             展潜力巨大。
                景中，双差模型是最为常用且成熟的技术之一，                            3.2 IMU 变形监测模型
                通 过 消 除 公 共 误 差 提 高 了 监 测 精 度 与 可 靠 性 。              IMU 最早应用于导航领域，其核心组件主要
                基于 GNSS 双差模型，文献［9-11］在环境激励（如                     包括加速度计和陀螺仪。随着 IMU 在小型化、低
                地震、风荷载、季节、温度和日照变化）下实现了                           成本、高精度、低功耗、抗冲击和抗振动等方面的
                高层建筑厘米级监测精度，文献［12-13］对台风过                        不断发展，其逐渐被引入变形监测领域                  ［27］ 。IMU
                境时深圳地王大厦（383.95 m）进行了实时动态变                       中的加速度计可用于振动监测，通过对加速度信
                形监测，测得最大位移值为东西方向的 9.52 cm。                       号 进 行 二 次 积 分 ，还 可 以 实 现 平 移 和 沉 降 的 监
                     近年来，针对不同监测需求，部分学者对双                         测。而加速度计与陀螺仪的结合能够有效测量
                差模型进行了改进与扩展。文献［14-15］利用已                         载体的倾斜与扭转         ［28-29］ 。因此，IMU 在多参数变
                知的精确基线关系，构建了一种变形量与双差模                            形监测领域具有极大的应用潜力，涵盖振动、平
                糊 度 相 关 关 系 的 变 形 监 测 新 模 型 ，获 得 了 南 北           移、扭转和倾斜等多个方面的监测。图 4 为实验
                方 向 ±2.2 mm、东 西 方 向 ±1.8 mm、高 程 方 向              室自研阵列式 IMU 监测模组。
                ±3.2 mm 的外符合精度监测结果。文献［16］利                       3.2.1 IMU 振动监测
                用首期高精度基线以及卫星与站点的几何构型，                                IMU 振动监测是通过采集 IMU 的加速度数
                提出了一种无须解算基线向量的变形信息直接                             据 ，利 用 结 构 模 态 参 数 分 析 方 法 提 取 结 构 的 频
                提取方法，即似单差模型（similar single difference            率、振型和阻尼比等模态参数，其中振动频率是
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