GPS定位技术在变形监测中的应用

GPS定位技术在变形监测中的应用

牛萌奇

乌鲁木齐天远地铭测绘工程有限公司

摘要：随着我国科技的发展，GPS定位技术被广泛应用在各个领域中。通常GPS技术应用采用定期复测与长期连续监测模式，用户设备只需要接收卫星信号，就可以获取精准的定位信息和导航数据。本文以下主要通过GPS定位技术的探讨，提出了在变形监测中的应用参考。

关键词：GPS定位技术；变形监测；应用

引言

GPS定位技术是导航技术、卫星定位与现代通信技术的融合，作为新一代空间定位系统，GPS可削弱系统误差的影响，提高监测的精准度和监测效率。当前GPS定位技术在变形监测中迅速得到了推广，是一种极为有效的变形监测方法。但由于应用过程中会受到多方面误差源的影响，导致GPS定位技术难以达到三维监测。因此，在实际应用过程中应消除和减弱系统误差，进一步提高GPS技术的应用和推广。

1GPS测量的基本原理

GPS定位原理，严格来说就是空间后方交会。在GPS定位中，GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速变化着。本次实例分析用到是GPS的静态定位。就是通过对变形点周期性观测，得到变形点的变化情况。

2GPS定位技术在变形监测中的应用途径

GPS定位技术在变形检测中应用，相对常规电子测量仪器具有不可比拟的优越性，实时、连续和高精度的自动监测极大提高了测量精度和效率。GPS定位技术在变形监测应用主要表现以下几个方面：桥梁健康监测方面，GPS定位技术进行桥梁变形监测，可以避免传统测量技术在通视、高差、距离等方面存在的问题，在提高监测效率的同时，减少外业工作量；大坝安全监测方面，GPS定位技术主要包括裂缝、位移、扰度等方面的检测，当大坝在水负载重压下产生变形后，会产生溃坝的危险，需要利用GPS定位技术长期进行高精度变形监测；滑坡监测方面，GPS自动化程度高，可以达到mm级的精度，并自行对数据进行采集；高层建筑监测方面，建筑物体监测环境复杂、几何尺寸较大，对监测精度要求较高，相对于传统测量可以实现实时性与连续性的高精度定位测量，可获取不大于±10mm的高程精度测量，精确监测高层建筑物的动态特征；总之，GPS技术可以在更多领域进行高精度、实时性、连续性、高可靠性的变形监测。

3GPS运用于变形监测的关键点

3.1实时性的在线分析

近些年以来，无线电传输的各项技术手段都获得了显著改进，而与之相应的地理信息监测也更多适用于现阶段的建筑行业。针对某些地壳变形、地区性滑坡以及高层建筑物变形等隐患，都要借助GPS加以监控。在线监测的根本目标就在于构建动态式的监控体系，其中应当包含有线传输、无线传输以及信息采集。在开展全方位监测的前提下，借助无线电传输就能实现特定的终端传输。与此同时，变形监测本身也涉及到特定的地形规律，对此有必要密切关注其演变趋势，进而提供了全方位的防灾参考。从现状来看，可视化工具应当能够适用于上述类型的变形监测，这是由于此类技术紧密结合了GIS以及GPS，进而构建了智能式的远程预警体系。

3.2“3S”（GPS、GIS、RS）集成变形监测系统

近几年，我国科学技术发展迅速，尤其是计算机技术、无线电通讯技术以及空间技术的发展尤为明显。“3S”（GPS、GIS、RS）集成变形监测系统目前的发展现状已经从各自的单向发展转变为相互结合，共同发展的阶段。“3S”技术主要是有GPS、GIS、RS三种技术的相融合，通过对各种不同的监测信息进行探究与分析，从而找出其中的联系，为GPS提供技术支持。“3S”中时态GIS技术可以对四维空间地质现象的情况进行描述，不但具有一般技术，还可以对研究区域内的不同地质的演化过程进行保留，这为滑坡、泥石流等地质灾害的预防有一个很好的基础保障，能够提供数据，很好的进行滑坡的预防与控制。

3.3运用小波分析

GPS监测手段应当能够用来完成小波分析。近些年以来，针对较大规模的水利设施以及大型建筑如果要实现全方位的精确监测，那么不能缺少小波分析作为保障。受到噪声以及其他外在要素的影响，传统模式下的监测结论很有可能并不足够精确，在这之中涉及到混合的多波段信息，进而带来了严重干扰。为了改进现状，可以把小波分析适用于变形监测。具体而言，小波分析密切结合了频率以及时间的两类分辨率，上述二者分别适用于频率较高以及频率较低的变形监测部分。在进行全过程变形分析的前提下，针对多样化的变形信息就能予以精确提取，而后将其运用于动态滤波并且分离各种不同频率。因此可见，小波分析更加有助于处理噪声并且辨别粗差，有助于全面优化特征提取的精确度。经过全方位的处理之后，就能获得直观性以及规律性更强的变形体状态。

4GPS定位技术变形监测中误差来源及注意事项

4.1GPS定位技术变形监测中误差来源

GPS定位技术在变形检测中，受地球潮汐、轨道、钟差等多种因素的影响，在高精度监测中存在一定的误差影响，主要误差来源体现在以下几个方面：第一卫星轨道偏差，指卫星真实轨道与卫星星历真实轨道间的差异，是影响定位精度的关键因素，可采用全球GPS跟踪网获取精度为2CM的精密卫星轨道；第二卫星信号的传播误差，GPS信号受电离层折射和对流层折射影响，经过距地面高度在50-1000千米之间的大气层时，大量自由电子和正离子会造成信号路径弯曲，对流层是高度40千米下的大气底层，GPS信号受大气温度和压力的影响也会导致信号路径偏差；第三接收设备误差，卫星轨道的卫星质点坐标与测站中心不一致对定位精准度产生影响，在实际变形监测过程中，可通过观测值求差调整相位中心变化对定向的影响。

4.2GPS定位技术变形监测应用注意事项

GPS定位技术在变形监测过程中，各项精密工程对水平精度的要求非常高，由于GPS技术会受到多种客观因素的影响和条件制约，对测设产生影响。因此，为了保证GPS的三维测量，消除和减弱GPS定位技术误差，用户需要在变形测量中充分考虑地球潮汐、负荷潮及相对论效应，建立系统误差模型，对观测量进行修正，同时引入相应未知参数，求解并处理未知参数数据，并对卫星和观测站实施同步观测值求差。主要方法为以下几个方面：第一修正电离层模型调整观测时段，应用双频观测、同步观测值求差减弱电离层产生的误差影响；第二修正对流层折射模型应用同步观测量求差，在数据处理中求得对流层影响附加待估参数；第三观察站要选取合理位置，在变形监测中应用同一类型天线，通过观察观测值的求差，消除和减弱相位中心偏移的影响。

结语

综上所述，GPS定位技术的应用，可以使变形监测更为灵活、自由、精准，是一种极具潜力的空间定位技术，在利用GPS技术进行定位时测站之间无需通视，不仅减轻了劳动强度，还提高了观测的精度，由于GPS自动化程度高，实际应用过程中减少了外业工作强度，尤其对于泥石流和防洪防汛等地质灾害监测，抗干扰性能好、保密性强极大的提高了监测效率。

参考文献

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