对GPS自动化变形监测系统技术的探索

【摘 要】随着经济与科技水平的不断发展进步，GPS监测技术如今已经被广泛地应用在生产生活等各个领域中。与传统监测方法相比，GPS监测技术在变形监测方面具有速度快、精度高、易于操作等诸多优点。本文就针对GPS自动化变形监测系统技术在当今社会中发挥的作用进行讨论，并对其技术方面做出一些探索。

【关键词】变形监测；监测系统；自动化

目前，变形监测研究普遍受到国内外高度关注，在现世生活中也发生着很多灾害与变形有着密不可分的联系，例如地震、滑坡等等。GPS变形监测系统技术的许多优点及其迅速的发展，逐渐奠定了其在这些变形灾害方面的应用地位，然而GPS变形监测系统技术也存在着一些局限性，认真研究这些缺点并有针对性的提出一些改进措施是我们急需做的事情。

1 GPS变形监测系统技术的发展概述

GPS变形监测技术在世界上的首次应用始于上世纪80年代，主要用于监测及应对自然灾害的发生。现如今GPS变形监测技术的发展非常迅速，对各国的作用逐渐凸显出来，尤其对于一些天然灾害比较多的国家更为有用。在全球竞争如此激烈的今天，对于变形监测技术的要求也越来越高，如工程建筑、军事、地理环境等方面都需要更为精确的监测。

2 GPS变形监测系统技术的优缺点

2.1 GPS变形监测系统技术的优点

2.1.1 具有很高的监测精确度

GPS变形监测系统技术能够提供1×10-6甚至更高的相对定位精确度。在GPS变形监测中，GPS的接收天线如果不动的话，那么天线的整平误差、对中误差、天线高测定误差与定向误差等就不会影响到变形监测的结果。大量的实践证明，用GPS变形监测能够得到±（0.5～2）mm的精度。

2.1.2 测站与测站之间无需通视

传统监测技术既要保障良好的控制网结构，又要保持通视条件的良好，这就造成了传统测量技术的实践困难。而GPS监测技术根本不需要测站与测站之间互相通视，这一优点不但能够在很大程度上减少了工作时间和费用，还可以更加灵活地选择点位。

2.1.3 观测的时间较短

随着GPS软件的不断优化与系统的升级，在静态定位20m之内的观测工作仅需十几分钟就能够完成。在进行快速的静态相对定位测量工作时，当基准站和每个流动站的距离在15km之内时，对流动站的观测仅需要不到两分钟的时间，然后就可以随时定位，至于每一站的观测仅仅只要几秒就能完成。

2.1.4 及时提供监测点三维位移的信息

进行GPS测量时，当精确测量过观测站的平台位置时，还可以准确测定观测站距离大地的高程。GPS这一测量优点，不但为地面点高程的确定和大地水面形状的研究开辟了全新的途径，同时也为航空摄影测量、航空物探以及精密导航方面提供了极为重要的高程数据。

2.2 GPS变形监测系统技术的缺点

2.2.1 往往不具备良好的观测条件

视场一般都比较狭窄，多数卫星遭到遮挡，同时存在较大误差。

2.2.2 对于点位选择的自由度过低

为了保证测量能正常进行以及准确定位，在GPS变形监测中，规定测站周围高度角15°以上不允许存在障碍物，测站离变压器、大型发动机、高压电线以及转播站、微波信号发射台等都要有一定的距离。同时测站的周围也不能存在围墙、房屋、大面积水域、广告牌等信号反射物，但在监测中一般都很难满足这些条件，这就造成了多路径误差。

2.2.3 复杂的函数关系，较多的误差源

GPS定位函数关系十分复杂，涉及误差源也比较多。在GPS定位时变形监测与基准站的坐标差是根据卫星星历与两站的载波相位观测值经过一系列复杂的计算后得到的，其本身计算结果就会受到卫星星历误差、接收钟钟差等多种因素影响。而在数据处理的时候还涉及到整周模糊度、周挑的探测以及修复等各种因素影响，某一个环节出现问题就会导致最终监测的精确度。

3 GPS自动化变形监测系统技术

GPS自动化变形监测系统技术由数据采集与处理、数据传输和储存以及数据的分析及处理三部分组成。这三个模块是GPS自动化监测系统的核心组成部分，三者之间既相互关联又紧密配合，所有操作均是在人工输入程序之后由软件自动完成。

各传感器所采集到的数据进入服务器之后，专门进行数据处理的软件会完成自动解算和平差等工作，自动生成数据解算的结果。 在数据处理工作完成的同时还会将原始数据和解算结果储存到数据库中，并将其传给控制中心以进行数据存储备份以及WEB网页工作，这样就更加有利于监测管理人员进行远程登录查看。

GPS自动化变形监测系统技术进行监测时的依据分别是： GB50026-2007《工程测量规范》、GB50026-2007《城市测量规范》、GB12897-2006《国家一、二等水准测量规范》、JGJ 8-2007《建筑变形测量规范》、GB/T18314-2009《GPS测量规范》、（GPS）测量规范GB/T18314-2001《全球定位系统》。

4 GPS自动化变形监测系统技术的应用

众所周知，探测技术对于有关地壳运动的研究具有十分重要的作用，对大陆板块的漂移及地壳的移动都能够进行十分精确的监测分析，并给出了地壳运动的一些基本特征，为分析地震前后板块特征及地震监测等工作提供了更加可靠准确的信息。

在各国的大型工程中，总会发生一些变形的事故，比如大坝溃堤、桥梁垮塌、隧道坍塌、建筑物倒塌等事故都是因变形而造成的，这些事件无不引起各国的观感关注。利用GPS自动化变形监测技术所得到的数据有关数据不仅可靠精确，还节约了大量的工程投入以及为工程施工带来了很高的安全性。

5 GPS变形监测技术的发展趋势

5.1 3S集成变形监测技术的建立

3S技术分别是GPS、GIS以及RS三者的统称。在如今这个计算机技术、无线电技术以及其他技术高速发展的今天，3S技术的发展已经进入到了一个崭新的阶段。3S技术能够为信息的传播给以更加全面的保障，这将对于滑坡等其他变形灾害的监测预防起到十分重要的作用。

5.2 GPS变形监测技术与在线实时分析技术的融合

GPS变形监测技术与在线实时分析技术的融合在如今的趋势已经势不可挡，它与许多高层建筑及桥梁建设等需要此技术的地区有着极其紧密的联系。其主要有点就是实时性，其实施主要依靠强大高速的数据库执行。

5.3 综合变形监测系统技术的建立

针对GPS变形监测技术在监测方面的局限性，专业部门根据变形监测技术的对象与目标，把GPS变形监测技术与其他监测技术进行集成组合形成综合变形监测技术，这样就实现了不同监测技术之间的优势互补，能够更加有效地对板块运动及亚板块运动等问题进行研究。

5.4 小波分析理论在GPS动态变形分析方面的应用、

将小波分析理论应用于GPS动态变形分析中，能够实现在GPS动态监测分析时过滤数据、提取变形特征信息以及分离不同变形频率等工作。小波分析为高精度的变形特征提取工作提供了有效的数学工具，在非平稳信号消噪方面具有非常显著的优点。所以小波分析理论必将在GPS变形监测的数据处理分析方面发挥出不可估量的作用。

6 结语

在多发的变形灾害与变形难题中，GPS自动化变形监测系统技术应用对其产生了不可估量的作用与影响。由于这种技术有着使用方便、节约成本、数据真实等各种优点，为很多灾害事故的发生及防治做出了卓越的贡献。随着科技水平的不断进步，GPS自动化变形监测系统技术必将伴随着越来越多的大型工程的兴起而不停发展与完善。

参考文献：

[1]汪新.GPS变形监测数据处理方法的研究[D].西南交通大学，2013.

[2]杨玉龙.GPS变形监测技术的现状及发展趋势[J].城市建筑，2014.