畢業(yè)論文---gps在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　1 GPS技術(shù)與變形監(jiān)測(cè)技術(shù)1</p><p>　　1.1 GPS技術(shù)1</p><p>　　1.1.1 GP

2、S簡(jiǎn)介1</p><p>　　1.1.2 GPS定位原理、方法2</p><p>　　1.1.3 GPS測(cè)量的特點(diǎn)3</p><p>　　1.1.4 GPS外業(yè)測(cè)量工作的實(shí)施4</p><p>　　1.1.5 GPS高程測(cè)量5</p><p>　　1.1.6 GPS網(wǎng)的建立及質(zhì)量控制7</p>

3、<p>　　1.1.7 GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理9</p><p>　　1.1.8 GPS定位中的誤差來(lái)源與削弱或消除措施12</p><p>　　1.1.9 GPS的應(yīng)用12</p><p>　　1.2 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)14</p><p>　　1.2.1 變形監(jiān)測(cè)的含義及分類(lèi)14</p><p>　　

4、1.2.2 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及特點(diǎn)14</p><p>　　1.2.3 變形監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型15</p><p>　　1.2.4 變形監(jiān)測(cè)的作用16</p><p>　　2 GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)及不足分析17</p><p>　　2.1 GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)分析17</p><p>　　2.1.1

5、 儀器上的優(yōu)勢(shì)17</p><p>　　2.1.2 在數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì)18</p><p>　　2.2 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的不足分析20</p><p>　　3 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及前景展望20</p><p>　　3.1 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用20</p><p>　　3.1.1 GPS在大壩變形監(jiān)

6、測(cè)中的應(yīng)用21</p><p>　　3.1.2 GPS在礦區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用22</p><p>　　3.1.3 GPS在高層建筑物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用22</p><p>　　3.1.4 GPS在橋梁工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用23</p><p>　　3.2 GPS變形監(jiān)測(cè)前景展望24</p><p><b&g

7、t;　　結(jié)論25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景</p><p><b>　　摘 要</b></p><p

8、>　　隨著GPS測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，工程測(cè)量的作業(yè)方法發(fā)生了歷史性的變革。與傳統(tǒng)的工程變形監(jiān)測(cè)方法相比，GPS測(cè)量技術(shù)在全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度等方面,具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成功的應(yīng)用于工程測(cè)量等諸多領(lǐng)域。工程的變形監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，由于工程建設(shè)的有關(guān)對(duì)象所可能引發(fā)的災(zāi)害，關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，所以變形監(jiān)測(cè)不僅對(duì)監(jiān)測(cè)建筑物的安全、防止事故發(fā)生有重大意義，而且在積累監(jiān)測(cè)

9、資料、檢驗(yàn)工程設(shè)計(jì)是否合理方面也具有重要作用[1]。本文主要論述GPS技術(shù)和變形監(jiān)測(cè)方面的一些基本知識(shí)，GPS用于變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)以及發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用</p><p>　　APPLICATION AND DEVELOPMENT</p><p>　　PROSPECT OF GPS IN DEFORMATION<

10、/p><p>　　MONITORING</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid development of GPS measurement technology，historic changes have taken place in engineering measurement

11、method. Compared with the traditional engineering deformation monitoring methods，GPS measurement technology in totipotent，global，all-weather，continuous，real-time and automation degree， etc， has incomparable advantages，wh

12、ich has already been applied successfully in many fields such as engineering measurement. Deformation monitoring and prediction of engineering is a new discipline</p><p>　　KEY WORDS ：GPS technology；Deformati

13、on monitoring；Application</p><p>　　1 GPS技術(shù)與變形監(jiān)測(cè)技術(shù)</p><p><b>　　1.1 GPS技術(shù)</b></p><p>　　1.1.1 GPS簡(jiǎn)介 </p><p>　　GPS，全稱(chēng)Global Positioning System,即全球定位系統(tǒng)。在當(dāng)時(shí)，全球

14、定位系統(tǒng)是一種軍民兩用的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有很好的保密性和抗干擾能力，如今，GPS在軍事和民用等各個(gè)領(lǐng)域里正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。其用戶越來(lái)越多，使用方式越來(lái)越多樣，效用也越來(lái)越大，所以全世界的發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以最大限度的謀取經(jīng)濟(jì)利益、政治利益和軍事利益。</p><p>　　GPS是由以下三個(gè)部分組成：空間部分（GPS衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分[2]。其具體作用與功能分別

15、為：</p><p>　?。?）空間部分即是GPS衛(wèi)星，共24顆，均勻的分布在6個(gè)軌道面上，其基本功能是：接收并存儲(chǔ)導(dǎo)航電文；自動(dòng)生成測(cè)距碼和載波；將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制成載波轉(zhuǎn)發(fā)給用戶；通過(guò)對(duì)衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，排除衛(wèi)星發(fā)生的故障，如果問(wèn)題仍然不能解決，必須開(kāi)啟衛(wèi)星上的備用設(shè)施，來(lái)確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。</p><p>　　（2）地面監(jiān)控部分一般是在地面上建立的硬件設(shè)施，用

16、來(lái)支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，為衛(wèi)星提供一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境。它包括主控站、監(jiān)測(cè)站、注入站和通信與輔助系統(tǒng)。其中主控站是系統(tǒng)的核心，是行政管理和技術(shù)中心。監(jiān)測(cè)站的作用就是把經(jīng)過(guò)處理后的偽距觀測(cè)值傳給主控站，其中偽距觀測(cè)值是通過(guò)GPS和氣象傳感器的共同測(cè)量而獲得的。</p><p>　　（3）用戶部分一般是由用戶、GPS接收機(jī)、天線單元、接收單元、輸入輸出設(shè)備和電源等儀器裝置組成的。GPS衛(wèi)星接收機(jī)可以接收來(lái)自待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，

17、對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列的技術(shù)處理，并通過(guò)計(jì)算機(jī)和一些相應(yīng)的軟件的使用，對(duì)獲得的基線向量進(jìn)行解算和網(wǎng)平差，可以求出GPS接收機(jī)天線中心的空間三維坐標(biāo)。，從而達(dá)到定位的目的。</p><p>　　另外，GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)是由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文三部分組成的。其中導(dǎo)航電文是以“幀”為單位向外傳播的[3]。</p><p>　　1.1.2 GPS定位原理、方法</p><p>

18、;　　如圖1所示，設(shè)置在Q點(diǎn)的是GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻t，它能同時(shí)接收來(lái)自衛(wèi)星（至少三顆衛(wèi)星）S1、S2、S3所發(fā)出的信號(hào)（至少三顆衛(wèi)星），通過(guò)對(duì)接收信號(hào)的處理及數(shù)據(jù)計(jì)算，可以測(cè)算出在時(shí)刻t GPS接收機(jī)天線中心與衛(wèi)星S1、S2、S3的空間距離L1、L2、L3。然后可以根據(jù)衛(wèi)星星歷可以推算出三顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)（Xi，Yi，Zi）,i=1,2,3，從而根據(jù)距離的反算，計(jì)算出接收機(jī)天線中心點(diǎn)Q的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）。運(yùn)用距離交會(huì)的方法來(lái)

19、解算出接收機(jī)天線中心的坐標(biāo)，這就是GPS的定位原理[4]，其具體計(jì)算過(guò)程如下：</p><p>　　L1=（X-X1）+（Y-Y1）+（Z-Z1）</p><p>　　L2=（X-X2）+（Y-Y2）+（Z-Z2）</p><p>　　L3=（X-X3）+（Y-Y3）+（Z-Z3）</p><p>　　圖1 GPS定位原理圖</p>

20、;<p>　　在靜態(tài)定位中，通常所采用的方法有：取整法、置信區(qū)間法、模糊函數(shù)法、整數(shù)解和實(shí)數(shù)解。其中求整數(shù)解一般通過(guò)解算載波相位觀測(cè)值先求初始解，然后采用取整法來(lái)確定整周模糊度參數(shù)，最后求得基線向量的整數(shù)解。在快速定位中，最具有代表性的兩種方法：一個(gè)是走走停停（Go and Stop）法，另一個(gè)是快速靜態(tài)定位法。動(dòng)態(tài)定位的方法可分為兩大類(lèi)：初始化法與實(shí)時(shí)解算模糊度的方法。單點(diǎn)定位一般采用用測(cè)碼偽距觀測(cè)值，來(lái)獲得觀測(cè)方程進(jìn)行

21、解算的。其中動(dòng)態(tài)定位與靜態(tài)定位的根本區(qū)別在于一個(gè)時(shí)段內(nèi)待定點(diǎn)位置的變化與循序的定位誤差相比是否顯著，能否忽略不計(jì)；待定點(diǎn)的坐標(biāo)是否可當(dāng)做一組不變的未知數(shù)[5]。無(wú)論是采用哪種定位方法，整周模糊度的確定都是至關(guān)重要的，當(dāng)然探測(cè)和修復(fù)整周的跳變，檢驗(yàn)和剔除粗差觀測(cè)值的工作也是不可少的。相對(duì)定位又包括動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位。由于靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，誤差得到了充分的消除，定位精度比較高，所以這種定位方法常用于精密工程測(cè)量、布設(shè)高精度的

22、控制網(wǎng)、測(cè)定地殼的形變和板塊的運(yùn)動(dòng)等高精度測(cè)量。而動(dòng)態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)時(shí)間短，誤差過(guò)大，定位精度相對(duì)于靜態(tài)定位較差，不能通過(guò)多次長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)來(lái)提高定位精</p><p>　　1.1.3 GPS測(cè)量的特點(diǎn)</p><p>　　與常規(guī)的測(cè)量方法相比，GPS測(cè)量主要具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)選點(diǎn)比較靈活，測(cè)站間無(wú)需通視</p><p>

23、　　測(cè)站間不需要通視，是GPS測(cè)量最具有代表性的特點(diǎn)，解決了常規(guī)測(cè)量方法難以逾越的技術(shù)難題。所以在選點(diǎn)時(shí)，只要測(cè)站上空空間比較開(kāi)闊，不影響GPS接收機(jī)接收信號(hào)的話，可以只考慮工程控制網(wǎng)的實(shí)際需要來(lái)確定點(diǎn)位，保障了工程測(cè)量控制網(wǎng)的圖形質(zhì)量，這樣既方便又節(jié)省時(shí)間。另外，由于GPS測(cè)量對(duì)通視條件要求不高，選點(diǎn)靈活還無(wú)需造標(biāo)，省去了測(cè)站點(diǎn)中間的傳遞過(guò)渡點(diǎn)，也無(wú)需多次架站，大大降低了布網(wǎng)所需要的費(fèi)用。</p><p>　　

24、(2)定位的精度很高</p><p>　　較常規(guī)測(cè)量方法而言，GPS定位測(cè)量的精度很高，測(cè)量出的數(shù)據(jù)也很可靠，，沒(méi)有誤差積累，可達(dá)到微米級(jí)（常規(guī)測(cè)量毫米級(jí)mm）。尤其是相對(duì)精度，GPS的精度更高，這些都是常規(guī)的測(cè)量方法難以達(dá)到的。在布設(shè)GPS控制網(wǎng)中，布設(shè)的基線距離越大，相對(duì)精度也就越高。然而，隨著現(xiàn)代化工程建設(shè)的不斷發(fā)展，各大工程對(duì)GPS的數(shù)據(jù)處理技術(shù)也提出了新的要求，對(duì)精度的要求也越來(lái)越苛刻，所以定位精度還有

25、待進(jìn)一步提高。</p><p><b>　　(3)全天候作業(yè)</b></p><p>　　全天候觀測(cè)，即在一天的24小時(shí)之內(nèi)的任何時(shí)刻都可以進(jìn)行GPS測(cè)量，不受風(fēng)雪雨霧、雷電等天氣狀況的影響。均勻分布在空中的GPS衛(wèi)星，可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得連續(xù)的三維坐標(biāo)。這一特點(diǎn)對(duì)于抗洪救災(zāi)、地震、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)具有重要意義。</p><

26、p>　　(4)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高</p><p>　　GPS接收機(jī)操作方法非常簡(jiǎn)單，自動(dòng)化和集成化程度也很高，測(cè)繪功能很強(qiáng)大。用GPS接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí),只需一個(gè)人將天線安在測(cè)站的三腳架上，進(jìn)行對(duì)中、整平、量取天線高等操作，打開(kāi)手簿設(shè)置參數(shù)，設(shè)置好之后便可以進(jìn)行測(cè)量了（當(dāng)然RTK也可以邊走邊測(cè)），測(cè)量計(jì)算出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在接收機(jī)里，能方便快捷的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了GPS的自動(dòng)化。由于GP

27、S的數(shù)據(jù)采集工作是自動(dòng)進(jìn)行的，基本不受人為控制，不需要再進(jìn)行多余的常規(guī)測(cè)量，減少了人為誤差，極大的保證了測(cè)量的精度。</p><p>　　(5)觀測(cè)時(shí)間短，作業(yè)效率高</p><p>　　隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷的發(fā)展和完善，動(dòng)態(tài)GPS定位在極短的時(shí)間內(nèi)（數(shù)秒）就可以達(dá)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的精度，而采用靜態(tài)相對(duì)測(cè)量的方法卻需要30min左右?？焖凫o態(tài)定位方法的應(yīng)用，使得測(cè)量精度又提升了一個(gè)臺(tái)

28、階，并且觀測(cè)所需要的時(shí)間更短。比如用GPS接收機(jī)進(jìn)行地籍測(cè)量或者地形圖測(cè)繪，每?jī)扇刖湍艽蛞粋€(gè)點(diǎn)，極大地提高了工作效率，節(jié)省大量費(fèi)用，這些都是傳統(tǒng)測(cè)量方法不能比擬的。所以，在建立工程控制網(wǎng)時(shí)，GPS技術(shù)的應(yīng)用是一種趨勢(shì)，這樣既可以縮短觀測(cè)時(shí)間，又可以提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　(6)可獲得三維坐標(biāo)</p><p>　　GPS測(cè)量可以獲得點(diǎn)的三維坐標(biāo)，但是得到的高程是大地高

29、。而在工程建設(shè)、地形測(cè)繪及日常生活中，我們需要的是正常高或者是正高，它們有以下數(shù)學(xué)關(guān)系：</p><p>　　h正常高=H大地高-n；</p><p>　　h正高=H大地高-N</p><p>　　其中n是高程異常，N是大地水準(zhǔn)面的差距。</p><p>　　1.1.4 GPS外業(yè)測(cè)量工作的實(shí)施</p><p>　　G

30、PS外業(yè)測(cè)量工作，即是野外觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集。與傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量不同，GPS外業(yè)觀測(cè)工作一般都是由GPS接收機(jī)自己完成的，除了安置儀器和量取儀器高，參數(shù)設(shè)置等，作業(yè)人員不能加以干預(yù)[6]。GPS外業(yè)測(cè)量的具體實(shí)施可分為兩大部分：</p><p>　?。?）實(shí)地踏勘選點(diǎn):采用GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，對(duì)通視要求不大，選點(diǎn)比較靈活，根據(jù)工程的需要，盡可能的選在比較容易進(jìn)行觀測(cè)采集的地方，以便于提高外業(yè)測(cè)量的工作效率。由于G

31、PS外業(yè)測(cè)量使用的是GPS接收機(jī)，接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，所以在選點(diǎn)過(guò)程中，一定要按照以下幾種要求來(lái)做。首先，點(diǎn)位位置必須是在地質(zhì)條件良好，不容易發(fā)生松動(dòng)的地方，便于補(bǔ)測(cè)和后續(xù)測(cè)量；然后，要觀測(cè)一下點(diǎn)位四周視野是否開(kāi)闊，不能存在高大建筑物或者電視臺(tái)等大功率無(wú)線電信號(hào)發(fā)射地（損壞接收機(jī)天線），而且應(yīng)該遠(yuǎn)離那些能夠遮擋和干擾信號(hào)的地方，免得出現(xiàn)多路徑效應(yīng)；最后，在所選擇的點(diǎn)位及其附近做好標(biāo)記，便于日后的數(shù)據(jù)采集。</p><

32、p>　?。?）外業(yè)觀測(cè)記錄：在觀測(cè)之前，首先要對(duì)接收機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，一般包括接收機(jī)的外觀、接收信號(hào)的強(qiáng)度、接收天線的穩(wěn)定性等等。在各項(xiàng)指標(biāo)都合格之后，然后安置儀器，量取天線高，設(shè)置好參數(shù)等操作，根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度，進(jìn)行點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集，接收機(jī)會(huì)自動(dòng)測(cè)量并記錄，觀測(cè)者在手簿上要標(biāo)注點(diǎn)位的特征信息，從而完成了數(shù)據(jù)的采集工作。</p><p>　　1.1.5 GPS高程測(cè)量</p><p&g

33、t;　　采用GPS技術(shù)可以同時(shí)測(cè)出點(diǎn)的三維空間位置，而采用傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)來(lái)確定點(diǎn)的空間位置，是分開(kāi)進(jìn)行的，分別是平面位置和高程位置的確定。采用的方法不同，所以觀測(cè)條件也不相同，在過(guò)去，水平位置的測(cè)設(shè)一般是通過(guò)測(cè)水平角、測(cè)邊，然后再計(jì)算的方法獲得點(diǎn)位的平面坐標(biāo)的，而點(diǎn)位的高程信息一般是通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量的方法獲得的[7]。采用GPS技術(shù)測(cè)得的高程是大地高（橢球高），不是實(shí)際應(yīng)用中的正高或正常高，一般不能直接用于各個(gè)工程及我們的日常生產(chǎn)中，必須通

34、過(guò)高程基準(zhǔn)的變換轉(zhuǎn)化成我們成常用的水準(zhǔn)高程，才能加以應(yīng)用。</p><p>　　大地高程系統(tǒng)是以參考橢球面為高程基準(zhǔn)面來(lái)設(shè)定的，沒(méi)有實(shí)際的物理意義；而正高與正常高系統(tǒng)分別則是以大地水準(zhǔn)面、似大地水準(zhǔn)面為參考基準(zhǔn)面的[8]。由于各個(gè)高程系統(tǒng)的參考面不同，具體的用途也不盡相同，但是它們之間是有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，即是可以相互轉(zhuǎn)化的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)GPS技術(shù)所得到的高程（大地高）精度較高，可達(dá)1厘米左右，觀測(cè)效率又很高，所以GP

35、S水準(zhǔn)的出現(xiàn)，正好彌補(bǔ)了這一缺憾，即是采用GPS技術(shù)測(cè)定點(diǎn)的大地高，通過(guò)基于大地水準(zhǔn)面的差距或者高程異常值的確定，從而根據(jù)它們的數(shù)學(xué)關(guān)系，計(jì)算出該點(diǎn)的正高或正常高。具體的數(shù)學(xué)計(jì)算關(guān)系在上文已經(jīng)有所展示，在這里就不多作介紹了。</p><p>　　GPS水準(zhǔn)包括兩方面的內(nèi)容，一是大地高的測(cè)定，二是大地水準(zhǔn)面差距或者高程異常的的確定[9]。大地高一般采用GPS技術(shù)和方法來(lái)確定，而確定大地水準(zhǔn)面差距或高程異常一般采用以

36、下幾種技術(shù)方法：(1)天文大地法，即利用天文大地點(diǎn)的垂線偏差，結(jié)合大地測(cè)量成果來(lái)確定大地水準(zhǔn)面的差距。該方法具有很大的局限性，只有在具有天文坐標(biāo)的區(qū)域才能使用。其精度受多方面因素影響，整體精度可達(dá)幾米；(2)大地水準(zhǔn)面模型法，是以球諧重力位系數(shù)為基本數(shù)據(jù)，這種方法在海洋、陸地中用途廣泛。其絕對(duì)精度可達(dá)1米，目前的技術(shù)可達(dá)幾個(gè)厘米；(3)重力測(cè)量法，以地面重力觀測(cè)值為基本數(shù)據(jù)，計(jì)算點(diǎn)附近的區(qū)域必須要有良好的重力特性。其精度較高，相對(duì)精度更

37、高；(4)幾何內(nèi)插法，該方法很簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的軟件進(jìn)行計(jì)算，適用于一些較平緩的地區(qū)。其精度可達(dá)1分米；(5)殘差模型法，以模型殘差值為基本數(shù)據(jù)，克服了幾何內(nèi)插的一些缺點(diǎn)，用途廣泛。</p><p>　　由于大地水準(zhǔn)面差距或高程異常值的確定過(guò)程中，存在諸多因素的影響，GPS水準(zhǔn)的精度還不夠高。這些因素包括大地水準(zhǔn)面的平滑程度、地面重力觀測(cè)值覆蓋的密度和質(zhì)量、衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度與可靠性等。為了提高和保證GPS水準(zhǔn)的

38、精度，必須通過(guò)提高GPS測(cè)量大地高的精度才能實(shí)現(xiàn)，首先，必須徹底的改正和消除GPS觀測(cè)值中的電離層延遲誤差和多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，至于電離層延遲誤差的改正和消除可以使用雙頻GPS接收機(jī)，多路徑效應(yīng)的消除可以使用帶有抑徑板或抑徑圈的天線，最好是使用相同類(lèi)型的天線；其次，對(duì)點(diǎn)的觀測(cè)要選擇在不同的時(shí)段和大氣條件下，利用不同的衛(wèi)星基座，并且進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的多次觀測(cè)，以便于削弱系統(tǒng)誤差對(duì)大地高程造成的影響；另外在基線解算時(shí)，對(duì)對(duì)流層延遲進(jìn)行誤差估計(jì)

39、和精密星歷的使用，可以有效的減小衛(wèi)星的軌道偏差和對(duì)流層延遲誤差，從而達(dá)到提高GPS高程測(cè)量的精度。GPS高程的測(cè)量精度提高了，GPS水準(zhǔn)的精度自然也就提高了。</p><p>　　1.1.6 GPS網(wǎng)的建立及質(zhì)量控制</p><p>　　近年來(lái)，隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和完善，GPS的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)建立不同類(lèi)型和不同精度的控制網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)也屬于這個(gè)范疇。在確定點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，不一定要布

40、網(wǎng)，可以直接用GPS進(jìn)行測(cè)量，但是往往這樣的觀測(cè)結(jié)果不盡人意，有些誤差或者粗差不能得到有效的處理，缺乏可靠性。而GPS網(wǎng)的建立，就有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。因?yàn)樗梢岳镁W(wǎng)中點(diǎn)與點(diǎn)之間、基線向量與基線向量之間、點(diǎn)與基線向量之間的相關(guān)性，用來(lái)消除觀測(cè)值和起算數(shù)據(jù)中所存在的誤差。從而，GPS網(wǎng)更具可靠性，更加的能令人信服。</p><p>　　采用GPS定位技術(shù)建立的測(cè)量控制網(wǎng)統(tǒng)稱(chēng)為GPS網(wǎng)，它是由GPS點(diǎn)和基線向量組成

41、的。因?yàn)榫哂泻芨叩木燃翱煽啃裕瓤梢杂糜诳刂茰y(cè)量，又可以用于變形監(jiān)測(cè)。一般情況下，在進(jìn)行GPS網(wǎng)測(cè)量時(shí)，在每一個(gè)點(diǎn)上都要進(jìn)行一次或者多次觀測(cè)，網(wǎng)的等級(jí)和質(zhì)量不同，觀測(cè)次數(shù)也不盡相同，以此來(lái)確保幾何圖形的圖形質(zhì)量及觀測(cè)成果的精度和可靠性。</p><p>　　在進(jìn)行GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中，一般采用多臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，已達(dá)到同步觀測(cè)的目的，這樣可以確保GPS接收機(jī)在同一時(shí)間所處的狀態(tài)相同，消除了測(cè)站之間

42、由于衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘、電離層延遲等因素所造成的網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)誤差，也保證了圖形的質(zhì)量和相對(duì)定位的精度可靠性。</p><p>　　根據(jù)GPS網(wǎng)觀測(cè)作業(yè)的方式，可以把GPS的布網(wǎng)形式分為以下幾種：跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、單基準(zhǔn)站式和同步圖形擴(kuò)展式。對(duì)于不用的工程及其所需要的精度要求，布網(wǎng)形式一般也不同。布設(shè)精度很高的A級(jí)網(wǎng)時(shí)，一般采用跟蹤站式的布網(wǎng)形式，因?yàn)椴捎酶櫿臼降牟季W(wǎng)形式，必須在網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)上都要安置一臺(tái)GP

43、S接收機(jī)，對(duì)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行常年不間斷全天候的連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，具有很高的精度及可靠性，當(dāng)然觀測(cè)所需要的費(fèi)用以及成本也很高，一般不用來(lái)布設(shè)等級(jí)較低的控制網(wǎng)。會(huì)戰(zhàn)式布網(wǎng)形式，即是在短期內(nèi)，運(yùn)用多臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)作業(yè)，對(duì)網(wǎng)內(nèi)的同一批點(diǎn)進(jìn)行多天、長(zhǎng)時(shí)間的同步觀測(cè)，精度也很高，也很可靠。一般情況下，GPS接收機(jī)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量多，可以采用全部的接收機(jī)對(duì)網(wǎng)內(nèi)的一部分點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)，這一批點(diǎn)觀測(cè)完之后，再對(duì)網(wǎng)內(nèi)的其他點(diǎn)，依次進(jìn)行下去，直至

44、網(wǎng)內(nèi)所有的點(diǎn)都觀測(cè)完畢。由于這種布網(wǎng)形式觀測(cè)費(fèi)用也較高，常用于B級(jí)網(wǎng)的布設(shè)。采用多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)形式來(lái)布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)，用若干臺(tái)GPS接收機(jī)固定在至少四個(gè)點(diǎn)上，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，作為基準(zhǔn)站，在其周?chē)儆檬Ｏ陆邮諜C(jī)在這幾點(diǎn)周?chē)M(jìn)行小范圍的網(wǎng)觀測(cè)，周?chē)牧鲃?dòng)站</p><p>　　GPS網(wǎng)根據(jù)基本圖形的形式，可分為三角形網(wǎng)、多邊形網(wǎng)、附合導(dǎo)線網(wǎng)、星形網(wǎng)，顧名思義，其基本圖形分別是由三角形、多邊形、附合導(dǎo)線

45、、支導(dǎo)線，而這些基本圖形又都是由獨(dú)立的基線向量構(gòu)成的。其中的三角形網(wǎng)幾何強(qiáng)度好，抗粗差能力強(qiáng)，具有很高的精度與可靠性，但是觀測(cè)工作極其復(fù)雜，工作量大，需要的費(fèi)用也多，一般情況下我們不采用這種網(wǎng)形。</p><p>　　GPS網(wǎng)的質(zhì)量指的是網(wǎng)的精度和網(wǎng)的可靠性，其精度是一些誤差精度指標(biāo)共同作用的結(jié)果，其可靠性反應(yīng)了GPS網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和抵御觀測(cè)值與起算數(shù)據(jù)中含有的粗差的能力。GPS網(wǎng)的成果質(zhì)量與GPS基線向量的質(zhì)量、常規(guī)地

46、面觀測(cè)值得質(zhì)量、起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量、GPS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)處理方法的完備性等因素都存在很大的相關(guān)性，也就是說(shuō)這些因素的質(zhì)量決定了GPS網(wǎng)的質(zhì)量。其中基線向量的質(zhì)量對(duì)GPS網(wǎng)質(zhì)量影響較大，在測(cè)量過(guò)程中，必須采取措施加以控制，數(shù)據(jù)處理時(shí)，也要采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右愿恼托迯?fù)；距離、角度、方向、高差等常規(guī)地面觀測(cè)值對(duì)GPS網(wǎng)質(zhì)量也有影響，這些觀測(cè)值的質(zhì)量取決于它們觀測(cè)方法是否合理，實(shí)施是否正確；起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量取決于起算數(shù)據(jù)的精度、數(shù)量及其分布狀況，也

47、就是說(shuō)原有的觀測(cè)資料的精度和可靠性也能影響GPS網(wǎng)的質(zhì)量；GPS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，內(nèi)在相關(guān)性越大，GPS網(wǎng)的質(zhì)量也就越高；由于數(shù)據(jù)處理方法和處理模型、處理軟件和解算方案的的不同，所獲得的結(jié)果也不相同，必須采取統(tǒng)一的方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，才能確保GPS數(shù)據(jù)處理的成果質(zhì)量。所以，對(duì)于GPS網(wǎng)的中間產(chǎn)品及最終成果進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和改善是非常有必要的，對(duì)成果加以評(píng)定，把不符合</p><p>　　提高GPS網(wǎng)質(zhì)量主要是通過(guò)提高G

48、PS網(wǎng)的精度和可靠性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，提高GPS網(wǎng)質(zhì)量的方法主要有以下幾種：</p><p>　?。?）同步觀測(cè)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)并獲得他們之間的基線向量，因?yàn)橄噜忺c(diǎn)的相對(duì)精度較高；</p><p>　　（2）建立框架網(wǎng)，作為GPS網(wǎng)的骨架結(jié)構(gòu)，增大各個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與基線、基線與基線的相關(guān)性；</p><p>　?。?）布網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)中不得超過(guò)六條最簡(jiǎn)異步環(huán)，保證每個(gè)測(cè)站連接

49、的獨(dú)立基線不少于三條；</p><p>　　（4）引入高精度的激光測(cè)距儀，測(cè)出基線向量的距離并作為起算邊長(zhǎng)；</p><p>　?。?）網(wǎng)中的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能的多，且均勻分布在網(wǎng)的周?chē)?；還可以通過(guò)增加精度較高的獨(dú)立基線來(lái)提高GPS網(wǎng)的精度；</p><p>　?。?）適當(dāng)?shù)脑黾佑^測(cè)期數(shù)和重復(fù)觀測(cè)次數(shù)，以便于增加獨(dú)立基線數(shù)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)人為因素造成的影響。</p&g

50、t;<p>　　通過(guò)這些方法的運(yùn)用，GPS網(wǎng)的精度與可靠性得到了保證，從而也提高了GPS網(wǎng)的質(zhì)量。</p><p>　　1.1.7 GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理</p><p>　　GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程可劃分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，都是采用隨機(jī)軟件來(lái)完成[10]。其中基線解算即是對(duì)GPS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得同步觀測(cè)網(wǎng)的基線解；網(wǎng)平差是對(duì)各同步網(wǎng)進(jìn)行整體平差和分析, 獲得GPS

51、網(wǎng)的整體解。經(jīng)過(guò)基線解算、網(wǎng)平差、精度分析和成果質(zhì)量檢核之后，便可得到需要的成果。基線的解算, 應(yīng)采用IGS精密星歷，重點(diǎn)都在于對(duì)同步網(wǎng)的基線處理解算。而對(duì)于GPS網(wǎng)平差計(jì)算方法和精度評(píng)定及控制方面，基本沒(méi)有很好的處理模型，尤其是在多個(gè)子網(wǎng)的系統(tǒng)誤差分析、粗差分析及隨機(jī)誤差處理方面更為顯著[11]。目前。國(guó)內(nèi)著名的GPS平差軟件有: 原武漢測(cè)繪科技大學(xué)研制的GPSAD J系列平差處理軟件及同濟(jì)大學(xué)的TGPPS靜態(tài)定位后處理軟件，而國(guó)際上

52、著名的平差軟件有瑞士Bernese大學(xué)的Bernese軟件, 美國(guó)的GAMIT/GLOBK 軟件, 德國(guó)GFZ的EPOS.V3,美國(guó)JPL的GIPSY軟件等，這些軟件主要是對(duì)經(jīng)過(guò)GPS平差軟件處理后的結(jié)果進(jìn)行三維和二維平差。使用這些數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS網(wǎng)平差和分析, 可以按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:</p><p>　?。?）提取基線向量；</p><p>　?。?）構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)；<

53、;/p><p>　　（3）三維無(wú)約束平差 ；</p><p>　?。?）約束平差/聯(lián)合平差；</p><p>　?。?）質(zhì)量分析與控制；</p><p>　?。?）輸出最終結(jié)果。</p><p>　　以中海達(dá)GPS接收機(jī)靜態(tài)測(cè)量為例，運(yùn)用南方測(cè)繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理GPS 靜態(tài)接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)。首先，必須要將第一手的觀測(cè)

54、數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為通用格式（Renix）的數(shù)據(jù)文件，然后用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理所得到的轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)文件，其實(shí)GPS處理軟件主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算、無(wú)約束平差、約束平差、精度分析和輸出成果等工作。其具體處理步驟如下圖：</p><p>　　GPS數(shù)據(jù)處理具體步驟</p><p>　　對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)約束平差和約束平差，主要是對(duì)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量做一個(gè)檢核，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)不合格的成果，可以采用相應(yīng)

55、的措施加以補(bǔ)救，免得費(fèi)工費(fèi)時(shí)，造成不必要的損失[12]。</p><p>　　1.1.8 GPS定位中的誤差來(lái)源與削弱或消除措施</p><p>　　在GPS定位中，會(huì)出現(xiàn)各種誤差，總的而言，可分為偶然（隨機(jī)）誤差和系統(tǒng)誤差（偏差）。其中，一般情況下，系統(tǒng)誤差對(duì)定位造成的影響比較大，而且誤差又會(huì)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。單論誤差源所造成的誤差來(lái)說(shuō)，誤差可分為三類(lèi)：發(fā)射信號(hào)的衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差、信號(hào)傳播

56、過(guò)程中造成的誤差、接收信號(hào)的接收機(jī)造成的誤差。有關(guān)衛(wèi)星的誤差包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，其中相對(duì)論效應(yīng)指的是衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘狀態(tài)不同步引起的相對(duì)鐘誤差；由于衛(wèi)星信號(hào)的傳播需要經(jīng)過(guò)電離層（有帶電粒子）、平流層、對(duì)流層（大氣）等，影響信號(hào)的傳播速度與傳播路徑，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的延遲誤差或多路徑效應(yīng)；而接收機(jī)的誤差指的是接收機(jī)的鐘誤差、位置誤差、測(cè)量噪聲誤差[13]。</p><p>　　由于系統(tǒng)

57、誤差對(duì)衛(wèi)星與觀測(cè)點(diǎn)的距離測(cè)量造成的影響太大，與實(shí)際測(cè)量相差過(guò)大，對(duì)定位精度有極大的危害，必須加以消除和大幅度的削弱。建立誤差改正模型、求差、選擇較好的觀測(cè)條件和硬件設(shè)施等方法的使用，都能夠有效的消除和削弱這些誤差造成的定位影響[14]。通過(guò)對(duì)誤差的特性、機(jī)制研究分析而建立的理論公式，又或者是根據(jù)成批的觀測(cè)數(shù)據(jù)整合而成的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停只蛘呤遣捎脙煞N方法融合而成的綜合改正模型。通過(guò)對(duì)觀測(cè)值的數(shù)據(jù)處理和平差，利用其相關(guān)性，進(jìn)行求差，有的還要進(jìn)行

58、求二次差，這種方法比較精確，所以它可以大幅度的削弱和消除誤差的影響。而信號(hào)傳播過(guò)程中產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)，采用求差的方法卻不能消除誤差影響，也難以建立適當(dāng)?shù)母恼Ｐ?，只有通過(guò)觀測(cè)條件的改善和質(zhì)量更好硬件設(shè)施的應(yīng)用，才能盡量減小誤差造成的定位影響，例如選擇較好的接收機(jī)和天線，選擇較好的觀測(cè)時(shí)段，遠(yuǎn)離干擾源和反射物等。</p><p>　　1.1.9 GPS的應(yīng)用</p><p>　　GPS由于精

59、度高的特點(diǎn)。不僅可以提供精確的位置信息（定位），還可以精確的提供時(shí)間和速度等信息，滿足了不同用戶的需求。與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，GPS技術(shù)也在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在測(cè)量、軍事、交通運(yùn)輸、大氣研究等領(lǐng)域。正在深刻的影響著人類(lèi)的日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)研究。下面簡(jiǎn)單介紹一下在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用：</p><p>　?。?）在軍事：原來(lái)研制組建GPS的最初目的就是用于軍事上，它可以為導(dǎo)彈提供精密制導(dǎo)，精確

60、的命中目標(biāo)并摧毀重要的軍事目標(biāo)，尤其是在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中。例如在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)及2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美英各國(guó)使用的精確制導(dǎo)武器占了武器總數(shù)的70%，這是一個(gè)多么夸張的比例啊！</p><p>　?。?）在測(cè)量領(lǐng)域：在大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)中，GPS用來(lái)建立和維持國(guó)際地球參考框架、測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，建立和維持區(qū)域性的動(dòng)態(tài)參考框架、大地定位。在工程測(cè)量中，GPS可以布設(shè)各種類(lèi)型的控制點(diǎn)和控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)和一般的

61、工程測(cè)量(對(duì)精度要求不高)，相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法具有不可比的優(yōu)勢(shì)，并且也能保證工程所需要的精度要求。GPS在航測(cè)和遙感中，用來(lái)進(jìn)行空中三角測(cè)量和遙感衛(wèi)星定軌。此外，GPS還可用在地籍和地形的測(cè)量中，用來(lái)確定土地的權(quán)屬和位置信息、地形的起伏等變化。其中，GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，下文將給于詳細(xì)介紹。</p><p>　　（3）在交通運(yùn)輸業(yè)：GPS可以為飛機(jī)、船舶、車(chē)輛等提供導(dǎo)航和管理服務(wù)，可以在大霧、大風(fēng)等不利的天

62、氣條件下完成導(dǎo)航，更加實(shí)用和方便。</p><p>　?。?）在氣象學(xué)：GPS用于收集氣象資料，測(cè)定電離層延遲并建立電離層延遲模型，大幅度的提高時(shí)間分辨率和空間分辨率，是傳統(tǒng)的氣象儀器不可比擬的。</p><p>　?。?）另外，GPS還用于精細(xì)農(nóng)業(yè)林業(yè)的病蟲(chóng)害防治、資源勘探、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、移動(dòng)位置服務(wù)等領(lǐng)域中，例如在森林火災(zāi)的位置和范圍、石油與煤礦的勘測(cè)、沙塵暴監(jiān)測(cè)等方面，這些都是采用常

63、規(guī)測(cè)量方法難以做到的。移動(dòng)定位服務(wù)是GPS技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合提供的，于是GPS導(dǎo)航儀就應(yīng)運(yùn)而生了，甚至是手表式的GPS導(dǎo)航儀，用戶越來(lái)越多，市場(chǎng)潛力十分巨大。</p><p>　　1.2 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)</p><p>　　1.2.1 變形監(jiān)測(cè)的含義及分類(lèi)</p><p>　　變形監(jiān)測(cè)又可以稱(chēng)為變形觀測(cè)或者變形測(cè)量，它是對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象或物體（簡(jiǎn)稱(chēng)變形體）的空間位置

64、進(jìn)行測(cè)量以確定其形態(tài)隨時(shí)間而發(fā)生的變化特征，是對(duì)變形體自身形變和剛體位移的幾何量的監(jiān)測(cè)[15]。它包括工程的變形監(jiān)測(cè)、區(qū)域性的變形監(jiān)測(cè)、全球性的變形監(jiān)測(cè)。對(duì)于工程的變形監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)：“監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，分析是手段，預(yù)報(bào)是目的”。變形體一般指的是與工程建設(shè)有關(guān)的工程建筑物、機(jī)器設(shè)備以及其他的自然或人工對(duì)象，例如鐵路（高鐵）、大壩、隧道、高層建筑物、地下工程、橋梁、大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等都可成為工程變形體。區(qū)域性的變形監(jiān)測(cè)是針對(duì)區(qū)域性的地殼形變和地面沉降而

65、進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。全球性的變形監(jiān)測(cè)是指對(duì)地球自轉(zhuǎn)速率變化、地殼形變、潮汐、極移、全球板塊運(yùn)動(dòng)等地球自身的動(dòng)態(tài)變化而進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)分為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)。動(dòng)態(tài)變形必須通過(guò)持續(xù)的監(jiān)測(cè)測(cè)量才能得到，因?yàn)檫@種變形一般都是變形體在外力的作用下發(fā)生的變形，變形較快；而靜態(tài)變形必須通過(guò)進(jìn)行周期性的測(cè)量才能發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠湫巫冞^(guò)程較為緩慢，不容易被人看出來(lái)。變形監(jiān)測(cè)測(cè)量可以為變形分析和變形預(yù)報(bào)提供第一手基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。</p><p>　

66、　1.2.2 變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及特點(diǎn)</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，變形監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)巡視、滲流監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)等幾個(gè)方面。現(xiàn)場(chǎng)巡視在變形監(jiān)測(cè)中也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，在工程現(xiàn)場(chǎng)施工和運(yùn)營(yíng)期間，也是必須要做的，不能缺少的過(guò)程。巡查的次數(shù)應(yīng)該根據(jù)工程的施工進(jìn)度等現(xiàn)場(chǎng)具體情況來(lái)決定。其中，位移監(jiān)測(cè)主要有水平位移監(jiān)測(cè)、沉降觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、撓度觀測(cè)等；滲流觀測(cè)主要是對(duì)地下水位和壓力的監(jiān)測(cè)。具體來(lái)說(shuō)

67、的話，位移監(jiān)測(cè)就是對(duì)變形體的沉降（垂直位移）、水平位移、擾度、裂縫、傾斜、彎曲、偏距、扭轉(zhuǎn)、震動(dòng)等進(jìn)行的測(cè)量，主要是發(fā)現(xiàn)變形體幾何量的變化。除了上面所說(shuō)的之外，還包括與變形有關(guān)的物理量的監(jiān)測(cè)，例如滑坡、高邊坡、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、風(fēng)向、氣壓、滲壓等的觀測(cè)。</p><p>　　與常規(guī)的測(cè)量工作相比，變形監(jiān)測(cè)主要具有周期性重復(fù)觀測(cè)、精度要求高、觀測(cè)技術(shù)多等特點(diǎn)。對(duì)于不同的任務(wù)，變形監(jiān)測(cè)所要求的精度不同。一般情況下，在

68、對(duì)工程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，必須精確測(cè)定變形體的空間位置，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)判斷變形體是否發(fā)生變形；有的變形很微小，肉眼看不出來(lái)，所以它對(duì)精度的要求較高。例如，大壩的水平位移監(jiān)測(cè)精度要控制在1mm之內(nèi)。但是，周期性重復(fù)觀測(cè)卻是變形監(jiān)測(cè)的最大特點(diǎn)，所謂的周期性重復(fù)觀測(cè)就是周期性的對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次觀測(cè)，觀測(cè)的時(shí)間間隔是固定的，在觀測(cè)過(guò)程中，觀測(cè)方案，觀測(cè)條件、測(cè)量人員和作業(yè)方法都要一致，不能隨意進(jìn)行更改。在一定的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)周期的測(cè)量工作，

69、此時(shí)間間隔稱(chēng)為觀測(cè)周期。第一次觀測(cè)周期稱(chēng)為初始周期或零周期。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，變形監(jiān)測(cè)技術(shù)也在隨著發(fā)生變化，并得到了不斷地豐富和提高，尤其是新技術(shù)的應(yīng)用，例如GPS、測(cè)量機(jī)器人、光纖傳感技術(shù)、CT技術(shù)、激光技術(shù)等，這些技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了變形監(jiān)測(cè)工作的效率和自動(dòng)化，減輕了測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是實(shí)現(xiàn)了高精度、測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。</p><p>　　1.2.3 變形監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型</p&

70、gt;<p>　　為了準(zhǔn)確而合理的處理變形監(jiān)測(cè)資料和成果，確定變形發(fā)生的原因及其規(guī)律，對(duì)建筑物的安全性做出判斷并預(yù)報(bào)，這些都需要經(jīng)過(guò)對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理分析、建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型才能解決，而不是單單的對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料做一個(gè)初步的處理，只有這樣，才能找出變形在空間的分布情況及其在時(shí)間上的發(fā)展規(guī)律性，才能掌握形變大小與各種內(nèi)外因素的關(guān)系，并確定建筑物的變形是否異常和變形的發(fā)展趨勢(shì)，以便于采取及時(shí)而適當(dāng)?shù)拇胧┘右苑婪?，?/p>

71、止因變形量過(guò)大而發(fā)生事故和災(zāi)害。</p><p>　　目前，我們常用的數(shù)學(xué)模型可分為：統(tǒng)計(jì)分析模型、確定性模型、灰色系統(tǒng)分析模型、時(shí)間序列分析模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模型等。其中統(tǒng)計(jì)分析模型是根據(jù)建筑物變形量與各種內(nèi)外部因素的關(guān)系而總結(jié)出來(lái)的一種數(shù)學(xué)模型，它呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。這種數(shù)據(jù)處理方法稱(chēng)為回歸分析法，在變形監(jiān)測(cè)資料的分析中占有重要地位[16]。統(tǒng)計(jì)分析模型可分為一元線性統(tǒng)計(jì)模型、多元線性統(tǒng)計(jì)模型、逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型

72、幾種；而確定性模型則是根據(jù)變形體的結(jié)構(gòu)分析、荷載組合情況，應(yīng)力與變形之間的關(guān)系而建立的，這種模型能夠進(jìn)一步的表達(dá)出變形體或建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形變趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)分析模型與確定性模型結(jié)合而成的混合模型，集兩種模型的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加的廣泛； 灰色系統(tǒng)分析模型是根據(jù)因子間的影響程度或因子對(duì)主行為的貢獻(xiàn)度而建立的，提供了一種在信息不完全的情況下解決隨機(jī)問(wèn)題的數(shù)據(jù)處理方法。在灰色關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)聯(lián)度一般會(huì)隨著數(shù)據(jù)處理方法的不同而發(fā)生變化，但關(guān)聯(lián)序則不會(huì)隨之發(fā)

73、生改變，所以對(duì)于關(guān)聯(lián)序的分析會(huì)更加穩(wěn)定和實(shí)用；而時(shí)間序列分析模型是利用觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在相關(guān)性建立的數(shù)學(xué)模型，它是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)處理方法，用來(lái)描述客觀現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)特征。</p><p>　　在實(shí)際運(yùn)用中，變形體變形量大小與作用因子之間不一定是線性關(guān)系，選擇用逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型來(lái)處理變形觀測(cè)的資料，是再適合不過(guò)了。但是，回歸因子的選擇不好確定，必須留下那些作用顯著的因子，作用微弱的因子剔除出去。只有初步找出變形體與作用

74、因素之間的函數(shù)關(guān)系，才能夠建立回歸方程和回歸模型[17]。所以說(shuō)初選因子的確定，就顯得尤為重要。通常情況下，初選因子可以根據(jù)對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料中圖表的分析來(lái)確定，有些還要憑借經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)來(lái)判斷，也可通過(guò)對(duì)變形的相關(guān)因素與結(jié)構(gòu)應(yīng)力的初步分析加以確定。</p><p>　　1.2.4 變形監(jiān)測(cè)的作用</p><p>　　變形監(jiān)測(cè)的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：</p><p>

75、　?。?）分析和評(píng)價(jià)變形體的安全狀態(tài)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性，修改不合理的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如改善建筑的物理參數(shù)、地基強(qiáng)度參數(shù)，還能反饋設(shè)計(jì)的施工質(zhì)量，尤其在工程的施工和運(yùn)營(yíng)階段，都必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。如果監(jiān)測(cè)測(cè)量出的變形大小在允許范圍內(nèi)，屬于正?，F(xiàn)象，如若超過(guò)了一定的限度，就對(duì)工程的安全造成隱患，不能正常使用。及時(shí)的監(jiān)測(cè)工程建筑物、機(jī)器設(shè)備或者與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造變形，計(jì)算其變形大小，并對(duì)之安全性、穩(wěn)定性做出正確的判斷，便于采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)處

76、理和解決，提前發(fā)現(xiàn)，從而保障了工程的安全，防止了事故的發(fā)生。特別是對(duì)于大型水力發(fā)電廠、核力發(fā)電廠、高速鐵路、大型水利樞紐工程、火箭發(fā)射場(chǎng)、粒子加速器等大型精密特種工程的安全具有重要意義。</p><p>　　（2）大量的積累監(jiān)測(cè)分析資料，研究正常的變形規(guī)律及特征，預(yù)報(bào)變形的大小，這樣便能更好的解釋變形的原因，確定變形的趨勢(shì)，為研究變形監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的理論和方法提供了理論依據(jù)，奠定了基礎(chǔ)，提高了變形體的抗災(zāi)能力。例如，

77、可以通過(guò)監(jiān)測(cè)滑坡隨時(shí)間的變化過(guò)程，可以研究引起滑坡的誘因，預(yù)報(bào)滑坡災(zāi)害的大面積發(fā)生；通過(guò)對(duì)技術(shù)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，可以保證設(shè)備的安全、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路提供了技術(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)礦山的開(kāi)采引起的變形的觀測(cè)，可提前采用控制開(kāi)挖量，加固變形處，也許就能避免一場(chǎng)礦難的發(fā)生。</p><p>　　2 GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)及不足分析</p><p>　　2.1 GPS在變形監(jiān)

78、測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)分析</p><p>　　隨著GPS空間測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的成熟，以其精度高、全天候、測(cè)點(diǎn)間無(wú)需通視、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工程的變形測(cè)量、大地測(cè)量等各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域。在工程的變形監(jiān)測(cè)中，GPS的應(yīng)用越來(lái)越普遍，發(fā)揮著傳統(tǒng)測(cè)量方法無(wú)可比擬的作用。除了前面所提到的GPS諸多優(yōu)點(diǎn)，本文主要講述一下GPS在變形監(jiān)測(cè)中的儀器優(yōu)勢(shì)和在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，具體如下：</p>&l

79、t;p>　　2.1.1 儀器上的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器有全站儀，水準(zhǔn)儀，經(jīng)緯儀、傳感器等，這些儀器容易受天氣狀況、通視條件的影響，但是隨著新興測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，近年來(lái)，測(cè)量?jī)x器越來(lái)越先進(jìn)，更加的趨于自動(dòng)化、智能化，功能越來(lái)越多，操作更加方便易學(xué)；同時(shí)，儀器的精度也越來(lái)越高。由于集成化電路的運(yùn)用，儀器的價(jià)格也越來(lái)越便宜，被廣泛的應(yīng)用于測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。例如，GPS接收機(jī)、電子全站儀、陀螺儀、掃描

80、儀、測(cè)量機(jī)器人等。自從20世紀(jì)90年代后，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性變化。GPS作為一種跨時(shí)代的現(xiàn)代空間科學(xué)技術(shù)，已逐漸在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。全站儀的也是精度和自動(dòng)化程度很高的測(cè)量?jī)x器，可同時(shí)測(cè)得測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及測(cè)點(diǎn)間的距離，應(yīng)用也較廣泛，但容易受通視條件、測(cè)量距離、天氣狀況等因素的制約。水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀分別是單純的測(cè)高程測(cè)角儀器。而GPS的使用，可同時(shí)測(cè)量出控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，減

81、小了誤差積累，不需站間通視，不需要造標(biāo)，它使建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)的測(cè)量變得簡(jiǎn)單易行、省工省時(shí)又精確。</p><p>　　在工程變形監(jiān)測(cè)方面，以GPS為主的空間定位技術(shù)、地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專(zhuān)用的測(cè)量技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的工程變形監(jiān)測(cè)方法相比，GPS變形監(jiān)測(cè)測(cè)量技術(shù)在精度、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。GPS技術(shù)在精度上的優(yōu)越性使得它逐步地取代傳統(tǒng)的地面監(jiān)測(cè)測(cè)量方法、光學(xué)和

82、電子測(cè)量?jī)x器。GPS這項(xiàng)技術(shù)的使用，大幅度的提高了測(cè)量的工作效率，也保證了測(cè)量所需要的精度，大大降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了大筆的測(cè)量經(jīng)費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所以，GPS等測(cè)量技術(shù)的使用，就顯得迫切而必要了。</p><p>　　2.1.2 在數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　GPS在變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及GPS數(shù)據(jù)處理模型的建立。隨著GPS技術(shù)及

83、其理論的快速發(fā)展，多天線GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、單歷元GPS變形數(shù)據(jù)處理模型等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法和數(shù)據(jù)處理模型也應(yīng)運(yùn)而生了。它不僅為動(dòng)態(tài)變形體的變形監(jiān)測(cè)提供了新的途徑，而且變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集得到大幅度的提升，數(shù)據(jù)量暴增，使變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集越來(lái)越容易。</p><p>　　變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集變得簡(jiǎn)單了，但是數(shù)據(jù)卻明顯表現(xiàn)出一定的非線性特征；同時(shí)，運(yùn)用GPS技術(shù)采集的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，必然包含了噪聲與粗差等特征造成的影響，使得變

84、形監(jiān)測(cè)的預(yù)報(bào)工作變的更加困難。所以說(shuō)，提取非線性理論的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特征就成了關(guān)鍵，只有掌握了這些，才能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)。</p><p>　　動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析工作主要集中在數(shù)據(jù)的降噪、粗差診斷以及變形預(yù)報(bào)的研究方面，而關(guān)于變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的非線性特征的研究還很少。但是預(yù)報(bào)模型的改進(jìn)工作主要集中在模型自身的參數(shù)調(diào)整設(shè)置，以便更好的與變形的內(nèi)在特征相結(jié)合。運(yùn)用GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)處理模型來(lái)解算動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)

85、過(guò)降噪、濾差等預(yù)處理，以便最大可能的提取與修復(fù)有效信息，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)非線性特征的提取以及進(jìn)一步的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。常用的信號(hào)降噪方法有小波變換法、卡爾曼（KALMAN）濾波模型、FFT變換法等，而粗差的識(shí)別則可以用多尺度粗差識(shí)別技術(shù)或者擬合法等方法來(lái)修復(fù)粗差特征造成的定位誤差。因此，綜合的應(yīng)用非線性科學(xué)中的具體理論模型來(lái)進(jìn)行特征的提取和量化，充分利用那些符合物理特性量化特征的數(shù)據(jù)（反之則刪除或舍棄），把這些數(shù)據(jù)放到預(yù)報(bào)模型中加以修正。如果

86、還不行的話，就應(yīng)該建立新的有效的預(yù)測(cè)模型，從而為變形體的監(jiān)測(cè)提供技術(shù)和理論依據(jù)。</p><p>　　小波變換降噪方法本質(zhì)上是一種帶通濾波器的信號(hào)處理方法。通過(guò)正交小波快速分解算法，將信號(hào)在不同頻率帶上分離，從而在不同尺度上展現(xiàn)信號(hào)的不同特征。利用小波變換法降噪的步驟如下：</p><p>　?。?）通過(guò)某種特定規(guī)則，確定閾值；</p><p>　?。?）對(duì)不同頻帶

87、上的小波變換系數(shù)進(jìn)行量化（包括軟閾值和硬閾值的量化）；</p><p>　?。?）通過(guò)重構(gòu)算法恢復(fù)信號(hào)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)降噪處理后，包含在數(shù)據(jù)序列中的高頻噪聲信息被濾除掉了，很好的描述了動(dòng)態(tài)變形體的形變大小。與傳統(tǒng)的降噪分析方法相比，小波變換降噪分析方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)小波變換和MALLAT多尺度分析算法，不僅可以反映監(jiān)測(cè)信號(hào)的內(nèi)在特征，描述變形體的形變軌跡，還可以分離出形變

88、信號(hào)中可用的數(shù)據(jù)，便于進(jìn)一步的提取信號(hào)特征與變形預(yù)報(bào)。</p><p>　　變形觀測(cè)數(shù)據(jù)一般可分為兩種：一種是監(jiān)測(cè)網(wǎng)的周期觀測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些周期性觀測(cè)的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)，然后對(duì)參考點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)和周期間的疊合分析，從而得到目標(biāo)點(diǎn)的位移量；另一種是各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的某一種特定的形成時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如該點(diǎn)的沉降值、某一方向上的位移值以及其他與變形監(jiān)測(cè)有關(guān)的量如氣溫、體溫、水溫、水位、應(yīng)力、應(yīng)變等，對(duì)它們進(jìn)行回歸

89、分析、相關(guān)分析、時(shí)序分析、統(tǒng)計(jì)分析和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定變形的過(guò)程及趨勢(shì)。此外，還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)變形體做變形模型分析，進(jìn)行變形模型參數(shù)（如剛體變形）及相對(duì)形變參數(shù)估計(jì)和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?？偟脕?lái)說(shuō)，變形監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，變性分析是手段，變形預(yù)報(bào)是目的，變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的過(guò)程就是進(jìn)行變形分析和預(yù)報(bào)的過(guò)程。</p><p>　　2.2 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的不足分析</p><p>　　GPS技術(shù)除了上面所說(shuō)的諸多優(yōu)點(diǎn)之

90、外，到目前為止，仍存在著一些不足和局限性，應(yīng)該進(jìn)一步的加以改善和研究[18]，其中不足之處有：</p><p>　?。?）載波相位觀測(cè)值含有較多噪聲、粗差特征，信號(hào)處理不夠準(zhǔn)確，如今通常采用小波變換、卡爾曼濾波模型等方法來(lái)降噪和剔除粗差，仍有一定的局限性，所以建立適當(dāng)?shù)慕翟?、剔除粗差的處理方法和模型，有待進(jìn)一步研究。</p><p>　　（2）周跳難以探測(cè)和修復(fù)，整周模糊度難以快速確定，目

91、前探測(cè)和修復(fù)周跳一般通過(guò)用三差觀測(cè)方程的常數(shù)項(xiàng)和三差觀測(cè)值的殘差、卡爾曼濾波法、線性擬合法等，都有其局限性。如果一組觀測(cè)值含有太多的周跳特征，單純依靠?jī)?nèi)業(yè)處理的方法來(lái)獲得高精度的結(jié)果基本是不可能的。即使現(xiàn)在確定整周模糊度的模型和方法很多，但是也各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如何能夠快速的確定整周模糊度必將成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　（3）在高山峽谷深處、密集森林區(qū)、城鎮(zhèn)高樓密布區(qū)，共用的衛(wèi)星較少，GPS衛(wèi)星信

92、號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，被阻擋機(jī)會(huì)較多，信號(hào)質(zhì)量較差，容易造成失鎖，初始化時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)甚至不能初始化，使接收機(jī)在一天中的作業(yè)時(shí)間受到限制。選擇合理的觀測(cè)時(shí)段和觀測(cè)條件，還有接收機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度有待改善。</p><p>　　3 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及前景展望</p><p>　　3.1 GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用</p><p>　　隨著GPS技術(shù)和理論的不斷完善，軟件系統(tǒng)

93、的不斷升級(jí)和建立，GPS在各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在工程測(cè)量的領(lǐng)域中，尤其是對(duì)于精密工程的變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[19]。變形體的形變大小和趨勢(shì)時(shí)刻威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，所以變形監(jiān)測(cè)的廣泛運(yùn)用具有重要的意義。工程的變形監(jiān)測(cè)測(cè)量工作一般對(duì)于精度的要求很高，甚至可達(dá)毫米乃至亞毫米級(jí)[20]。工程的變形監(jiān)測(cè)主要包括對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)（塔柱、撓度等）變形觀測(cè)、大壩的變形監(jiān)測(cè)、礦區(qū)地面的沉降觀測(cè)、高層建筑物的沉降及結(jié)

94、構(gòu)變形觀測(cè)等，下面就這幾個(gè)方面來(lái)闡述一下GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[21]。</p><p>　　3.1.1 GPS在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用</p><p>　　大壩，顧名思義，就是大型的壩體，是水利樞紐的擋水建筑物，一般都與大型的水庫(kù)或者水電站有關(guān)。水電站或水庫(kù)一般要儲(chǔ)存大量的水資源，由于水把它的重大壓力傳遞給壩體，很容易引起壩體的結(jié)構(gòu)變形或發(fā)生移動(dòng)，如壩體的水平位移、沉降、傾斜、裂縫、應(yīng)力

95、變等，這些變形都能對(duì)大壩的壽命及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害，必須時(shí)刻要對(duì)這些變形進(jìn)行全天候的精密監(jiān)測(cè)。</p><p>　　與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)測(cè)量方法相比，GPS技術(shù)優(yōu)越性顯而易見(jiàn)。特別是它的高精度，可以滿足大壩變形監(jiān)測(cè)所需要的精度要求。GPS自動(dòng)化程度高，更加有利于實(shí)現(xiàn)大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化[22]。</p><p>　　到目前為止，國(guó)內(nèi)把GPS技術(shù)應(yīng)用到大壩的變形監(jiān)測(cè)的工程實(shí)例

96、還不是很多，其中湖北清江隔河巖水電站的大壩變形觀測(cè)系統(tǒng)首次運(yùn)用了GPS技術(shù)，獲得了圓滿成功并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，并且監(jiān)測(cè)精度高安全可靠、抗干擾能力強(qiáng)[23]。該系統(tǒng)采用七臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)對(duì)五個(gè)壩頂測(cè)點(diǎn)和兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行全天候的連續(xù)觀測(cè)，基線解算和控制網(wǎng)平差也由相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)軟件完成，1998年3月正式投入使用。一個(gè)小時(shí)的GPS觀測(cè)資料解算的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水平精度優(yōu)于1mm，垂直精度優(yōu)于1.5毫米，六個(gè)小時(shí)GPS觀測(cè)資料解算水平精度優(yōu)于0.

97、5毫米，垂直精度優(yōu)于1毫米。在1998年長(zhǎng)江流域150年一遇的特大洪水期間，大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍能正常工作，數(shù)據(jù)處理比較及時(shí)，反應(yīng)時(shí)間小于15分鐘，能夠快速反映大壩在超高蓄水下的3D變形，使得大壩能夠超容量的攔洪蓄水。該系統(tǒng)不僅保證了大壩自身的安全，而且還避免了清江洪峰與長(zhǎng)江洪峰的相遇，極大的緩解了長(zhǎng)江中下游的防汛抗洪壓力和增多了兩岸群眾轉(zhuǎn)移的時(shí)間，對(duì)于抗洪救災(zāi)意義重大。隨著隔江巖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功運(yùn)行，GPS技術(shù)在大壩中的應(yīng)用越來(lái)越多。

98、如黃河小浪底的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，三峽大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、葛洲壩的變形</p><p>　　3.1.2 GPS在礦區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用</p><p>　　我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，約有150多種，有些儲(chǔ)量還居世界前列。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求到了一個(gè)令人咋舌的地步，礦區(qū)的安全生產(chǎn)形勢(shì)不容樂(lè)觀。在我們?cè)S多地區(qū)，由于煤炭、石油、天然氣等資源的過(guò)度開(kāi)采，引起礦區(qū)地面塌陷或滲水；由于對(duì)地下水的

99、過(guò)度汲取，造成地下水位嚴(yán)重下降，造成地下下陷，引起道路的中端或者建筑物的傾斜和倒塌等。兩者加在一起，地面塌陷面積竟然高達(dá)約1150平方公里。這些都能對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害，安全隱患較大。所以，對(duì)礦區(qū)地面沉降的觀測(cè)勢(shì)在必行。</p><p>　　礦物變形監(jiān)測(cè)就是在不同的時(shí)刻，對(duì)礦區(qū)地面點(diǎn)的空間位置（三維坐標(biāo)）進(jìn)行測(cè)量，即獲得測(cè)點(diǎn)的水平位置及高程信息，然后對(duì)它們進(jìn)行比對(duì)分析，來(lái)確定地面點(diǎn)的水平位移量及沉降量，從而

100、對(duì)礦區(qū)地面的變形大小進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)。</p><p>　　GPS測(cè)量技術(shù)在礦沉降變形監(jiān)測(cè)中的使用，不要求相互通視，選點(diǎn)靈活，觀測(cè)時(shí)間短，又不受天氣條件的影響，大大提高了變形監(jiān)測(cè)的工作效率。另外，由于是對(duì)礦區(qū)地面進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，GPS測(cè)量的大地高不需要轉(zhuǎn)化成正高或者正常高，既簡(jiǎn)化了處理計(jì)算工作，又保障了沉降觀測(cè)需要的高精度。無(wú)疑。GPS技術(shù)的使用對(duì)于礦區(qū)地面的沉降觀測(cè)是經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的。</p><p&

101、gt;　　3.1.3 GPS在高層建筑物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用</p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑物越來(lái)越多，可以說(shuō)是隨處可見(jiàn)；形體也越來(lái)越復(fù)雜多樣。由于高層建筑物受地震、臺(tái)風(fēng)等外力因素影響較大，地基易發(fā)生水平位移和沉降，建筑物整體也易發(fā)生擺動(dòng)、傾斜等。牽涉著廣大人民群眾的利益，所以高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)具有更高的精度要求，以保障高層建筑物的安全運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作[24]。</p><

102、p>　　對(duì)于傳統(tǒng)的高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)方法，監(jiān)測(cè)地基的沉降一般采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，監(jiān)測(cè)地基的水平位移和整體的傾斜大小一般采用三角測(cè)量的方法，常用的儀器有全站儀、水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀、加速度傳感器等。在測(cè)量過(guò)程中，都有一定的局限性，在精度、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、作業(yè)效率和自動(dòng)化程度等方面都不能滿足高層建筑物對(duì)于動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的要求。所以說(shuō)，開(kāi)發(fā)一種新的技術(shù)手段和研究方法來(lái)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)就顯得尤為必要了。</p><p>

103、　　目前，隨著GPS技術(shù)理論以及數(shù)據(jù)處理方法、模型的發(fā)展和完善，尤其是GPS接收機(jī)（采樣頻率高達(dá)20Hz）的出現(xiàn)，使得GPS技術(shù)用于高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)成為了一種可能。GPS以其高精度、高效率、高自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于各個(gè)測(cè)量區(qū)域，當(dāng)然高層建筑物的變形觀測(cè)也不例外。針對(duì)高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)，所建立的高層建筑物動(dòng)態(tài)變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，它具有GPS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和分析、預(yù)警等功能。它可以根據(jù)GPS采集的數(shù)據(jù)精確