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摘 要：文章讨论了GPS在变形监测中的应用,主要研究了GPS在变形监测中的作业模式及其优缺点.
关键词：GPS,变形监测；作业模式
中图分类号：TH763
文献标识码：B
文章编号：1007—6921(2010)04-0110-02
GPS作为一种全新的现代空间定位技术,已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子测量仪器.自从20世纪80年代以来,尤其是进入90年代后,GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合,在空间定位技术方面引起了革命性的变化.用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从单点定位扩展到局部与广域差分,从事后处理扩展到实时（准实时）定位与导航,绝对和相对精度扩展到m级、cm级乃至亚mm级,从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用.由于GPS测量具有高精度的三维定位能力,在变形监测方面,与传统方法相比较,应用GPS不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点,而且利用GPS技术、计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成,可实现全自动化、实时监测的目的.
1.GPS应用于变形监测的作业模式
GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性(Episodic and Continuous Mode)两种模式.周期性变形监测与传统的变形监测没有多大区别,因为有的变形体极为缓慢,在局部时间域内可以认为是稳定的,其监测频率有的是几个月,有的甚至长达几年,此时,采用GPS静态相对定位法进行测量,数据处理与分析一般都是事后的.经过10多年的努力,GPS静态相对定位数据处理技术已基本成熟.在周期性监测方面,利用GPS技术的最大屏障还是变形基准的选择与确定,它已成为近几年研究的热点.
连续性变形监测是指采用固定仪器进行长时间的数据采集,获得变形数据序列.虽然连续性监测模式也是对测点进行重复性的观测,但其观测数据是连续的、具有较高的时间分辨率.根据变形体的不同特征,GPS连续性监测可采用静态相对定位和动态相对定位两种数据处理方法进行观测,一般要求变形响应的实时性,它为数据解算和分析提出了更高的要求.比如,大坝在超水位蓄洪时就必须时刻监视其变形状况,要求监测系统具有实时的数据传输和数据处理与分析能力.当然,有的监测对象虽然要求较高的时间采样率,但是数据解算和分析可以是事后的.比如,桥梁的静荷载、动荷载试验和高层建筑物的振动测量,其监测的目的在于获取变形信息,数据处理与分析可以是事后进行的.
在动态监测方面,过去一般是采用加速度计、激光干涉仪等测量设备测定建筑结构的振动特性,但是,随着建筑物高度的增高,以及连续性、实时性和自动化监测程度要求的提高,常规测量技术已越来越受到局限.GPS作为一种新方法,由于其硬件和软件的发展与完善．特别是高采样率(目前有的已高达20Hz)GPS接收机的出现,在大型结构体动态特性和变形监测方面已表现其独特的论文范文性.近几年来,一些大型工程建筑物已开展了卓有成效的GPS动态监测试验与测试工作.例如,应用GPS技术成功地对加拿大Calgary塔在强风作用下的结构动态变形进行了测定；国内外一些大型桥梁（尤其是大跨度悬索桥和斜拉桥,如广东虎门大桥）已尝试安装GPS实时动态监测系统；深圳帝王大厦的风力振动特性采用了GPS进行测量.
2. 应用GPS进行变形监测的优点
2.1 监测站间无需保持通视
由于GPS定位时测站间无需保持通视,从而可使变形监测网的布设更为自由、方便,并可省去不少中间传递过渡点,节省大量论文范文.
2.2 能同时测定点的三维位移
采用传统方法进行变形监测时,平面位移通常是采用正锤线、倒锤线、边角导线、方向交会、距离交会和全站仪极坐标法等方法来测定的,而垂直位移则一般采用精密水准测量、液体静力水准测量、倾斜仪等手段来测定.水平位移和垂直位移的分别测定不仅增加了工作量,而且监测的时间和点位也不一定一致,从而增加了变形分析的难度.
2.3全天候观测
GPS测量不受气候条件的限制,在风雪雨雾中仍能进行正常观测.配备防雷电设施后变形监测系统就能实现全天候观测.这一点对于防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害监测等应用领域来讲显得特别重要.
2.4 易于实现监测的自动化
由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的,而且又为用户预留了必要的接口,故用户可以较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的自动监测系统,实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化.有必要时,用户可以很方便地从控制中心的办公室中来查看每台GPS接收机的板面信息,也可以在办公室中发布命令来更改数据采样率、时段长度和截止高度角等设置.这对于长期连续运行的监测系统是很重要的,可降低监测成本,提高监测资料的可靠性.
基坑变形监测:Trimble-Cautus山体滑坡变形监测
2.5 可消除或削弱系统误差的影响
在变形监测中我们关心的是在两期变形监测中所求得的变形监测点的坐标之间的差异,而不是变形监测点本身的坐标.两期变形监测中所含的共同的系统误差虽然会分别影响两期的坐标值,但却不会影响所求得的变形量.也就是说在变形监测中,接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果,只要天线在监测过程中能保持固定不动即可.同样GPS变形监测网中的起始坐标的误差,数据处理中所用的定位软件本身的不完善以及卫星信号在大气层中的传播误差（电离层延迟,对流层延迟、多路径误差等）中的公共部分的影响也可得以消除或削弱.
2.6 可直接用大地高进行垂直变形测量
在GPS测量中高程系统一直是一个棘手的问题.因为GPS定位只能测定大地高,而在工程测量、地形测量及日常生活中,大部分用户需要的是正常高或正高,它们之间有下列关系：
式中的高程异常和大地水准面差距N可从高程异常图或大地水准面差距图中查得,也可根据地球重力场模型求得,但精度偏低,从而导致转换后的正常高或正高的精度下降.在垂直位移监测中我们关心的只是高程的变化,因而完全可以在大地高系统中进行监测.目前IGS提供的精密星历足以保证大地高系统的稳定性,从而避免在高程系统的转换过程中精度的损失.
3. 应用GPS进行变形监测的缺点
利用GPS定位技术进行变形监测时,也存在某些不足之处,主要表现在下列方面：
3.1 点位选择的自由度较低
为保证GPS测量的正常进行和定位精度,在GPS测量规范中对测站的选择做出了一系列的规定,如测站周围高度角15.以上不允许存在成片的障碍物,测站距大型发电机、变压器、高压线及微波信号发射台、转播台等有一定的距离(例如200m～400m)．测站周围也不允许有房屋、围墙、广告牌、大面积水域等信号反射物,以避免多路径误差等.但在变形监测中上述要求往往难以满足,因为监测点的位置通常是由业主单位依据大坝、桥梁、大型厂房等监测物的建筑结构和受力情况而确定的,或由地质人员依据滑坡、断层等地质构造而定的,变动的余地很小.
3.2 从整体上讲观测条件往往较差
视场往往很狭窄,大量卫星被遮挡,且多路径误差严重.如在大坝上进行变形监测时,由于大坝的一侧为大水库而另一侧则为山地等,自然地理环境和植被等的明显差别往往会导致大坝两侧的大气状况（温度、湿度等）产生明显的差异,从而影响对流层延迟改正的精度.
3.3 函数关系过于复杂,误差源多
与正倒锤等变形监测手段相比．GPS定位的函数关系要复杂得多,涉及的误差源也要多得多.在GPS定位中基准站和变形监测点间的坐标差是依据两站的载波相位观测值和卫星历经复杂的计算后而求得的.定位结果受卫星星历误差、卫星钟钟差和接收机钟钟差、对流层延迟、电离层延迟、多路径误差、接收机测量噪声以及数据处理软件本身的质量等多种因素的影响.在数据处理过程中,还将涉及周跳的探测及修复、整周模糊度的确定等一系列问题.其中任一环节处理不好就将影响最终的监测精度.此外接收机天线相位中心的不稳定也是影响GPS定位精度的一个重要因素.
因此,解决上述问题将是未来一段时间内对GPS技术研究的主要方向,在1993年有学者提出了一机多天线概念,但是这种想法只是改进接收机内部结构,不能降低硬件设备的论文范文,而且天线的数量非常有限.所谓一机多天线就是一个GPS接收机与多个简单的GPS天线连接,只用一个接收机处理各天线接收传送下来的GPS观测信号.1999年有人提出了另一种完全不同的一机多天线的思想并成功研制了一机多天线GPS变形监测系统,既不改变日前已有的GPS接收机结构,而通过一个附加的GPS信号分时器来实现一机多天线.实践证明,采用一机多天线GPS系统,不仅大大节省硬件设备论文范文的投入,而且能够有效地应用于局部变形监测之中,相信随着一机多天线GPS观测技术的发展,全球定位系统(GPS)在变形监测中的应用对弥补传统的变形监测方法的重要意义将会被更多人所认识,其应用前景将更加广阔.
[参考文献]
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[2] 夏林元.GPS用于工程形变监测若干问题分
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总结：本文是一篇关于监测变形论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
基坑变形监测引用文献:
[1] 变形监测论文范文 变形监测方面硕士学位毕业论文范文2万字
[2] 深基坑和基坑监测自考开题报告范文 深基坑和基坑监测专科开题报告范文2万字
[3] 基坑监测和民生论文范文例文 基坑监测和民生类有关专科毕业论文范文2万字
