準確度以毫米計算 多天綫系統提升建築結構健康

準確度以毫米計算 多天綫系統提升建築結構健康

大型建築物在內外力作用下，會發生變形和振動。對於監測建築物結構健康而言，能否測量出位置的微小變化和當中的振動模式十分重要。

在測量過程中，如何利用全球衛星定位系統（GNSS）配合慣性測量儀器（IMU），來精確地測量出物體在三維空間中的微小形狀變化、角速度和加速率，以確定建築物的安全狀況是技術所在。

為此，香港理工大學（理大）土地及空間研究院院長、土地測量及地理資訊學系測繪及地理資訊講座教授丁曉利教授研發出一套創新的測量系統，通過接收全球衛星定位系統的信號，開發新的解算模型，大幅提升測量的準確度，同時減低監測建築物安全的成本。

結合改良軟硬件 研發出創新多天綫系統

「全球衛星定位系統並不是新科技，一般我們手機已能做到基本的定位。」丁教授發現，一般而言手機的型號和軟件越新，定位的準確度越高，那是因為它能接收更多衛星位置信號。

以往，一套全球定位系統裡運作的衛星可能只有20多個，近年來隨著運作的系統的增加，更多衛星發射升空，手機接收的衛星信號就越來越多，準確度已大幅提升，尤其是在有衛星信號遮擋的區域，如高密度市區。

然而，應用於測量用途的系統，準確度通常需要以毫米來計算，如何準確地接收和詮釋來自太空衛星的數據以達到更高的準確度，難度極高。

對此，丁教授研發了一系列GNSS信號處理模型及算法，以及配備了多天綫系統的GNSS測量裝置，透過有機地結合多個全球衛星定位系統以及慣性測量儀器的數據，大幅度提升了測量的穩定度和準確度。

結果顯示，該技術的精確度可以達到接近1.0 毫米的水平，比普通GNSS裝置的準確度高出很多。另外，丁教授的團隊還發明了多天線GNSS技術，使用一台GNSS裝置可以依次地接收多個天線的衛星信號，令測量成本變得相宜。

除了儀器之外，軟件亦會影響測量的質量，當中牽涉的技術包括算法和數據處理系統。

「從衛星傳來的信號會受到大氣和其他觀測環境的影響而造成很多誤差，我們的算法和軟件就是要實時處理所收集到的數據並進行分析，以更加準確地預測建築物位置的變化，適時作出反應。雖然同樣是全球衛星定位系統，但當中的技術複雜的多，一般手機無法完成。」

理大天橋及工程 確保進度及安全

現時這套系統已安裝在不同的大型建築物上，包括連接理大新舊校園的行人天橋上。

「作為天橋結構健康監測系統的一部分，我們在天橋的上下方四處安裝了GNSS測量系統裝置，以在出現極端天氣或情況後監測天橋的結構安全。」系統實時收集及分析衛星數據，以監察大橋有否移位，並適時提出預警。當中無須任何人手監察，管理成本得以控制。「這套系統還可安裝在斜坡上，預測潛在的倒塌危險。」

這套測量系統及相關研究工作獲得了理大頒發「校長特設傑出成就獎（知識轉移）」 大獎，並應用於多個大型建築項目上。