新形势下GPS变形监测技术的现状与发展趋势
时间：2022-07-23 07:44:14
摘要：在新形势下，科学技术的发展促使了变形监测手段的快速更新，gps 测量具有全天候、无通视、三维信息、测量范围大等优点，在工程形变监测方面有广泛的应用，主要用于城市地面沉陷、露天矿边坡、大型滑坡体等大区域监测，利用RTK 技术可方便的进行桥梁振动监测、高层建筑物风振监测等。本文作者根据多年的工作经验，阐述了GPS 变形监测技术的概况，并总结了GPS技术应用于变形监测的监测方案设计，监测网的数据处理方法以及变形分析的方法，及GPS变形监测技术未来的发展趋势。
中图分类号：U469文献标识码： A
前言
在重大灾害发生的时候，从破坏本质上讲，是由于积压所造成的物理形变给人们的生命以及财产造成的重大伤害，其中比较典型的重大灾害当属地震、泥石流滑坡、桥梁坍塌等等。鉴于变形性灾害给人们生活带来的严重损失，国内外政府以及相关部门都在致力于研究变形监测技术。近些年来，由于全球科技水平的大踏步前进，变形监测技术受到了前所未有的重视与技术上的发展，GPS与变形监测技术的融合就是其中最为有效的发展成果。GPS就是我们常说的全球定位系统，作为上个世纪最为重要的精密定位科技成果，它以勘测速度快、定位范围广、数据自动化等特点而闻名全球，并成功地应用于大地测量、工程测量、资源勘察、定位监测、航空摄影测量、导航和管理等，给测绘及相关领域带来一场深刻的技术革命。现今，以GPS技术为核心的变形监测技术虽然得到了先进科技手段的支持，但是在许多细节方面还是存在着不足和有待改进的地方。
1．GPS 变形监测技术概述
GPS 技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍， 国外从20 世纪80 年代开始用GPS 进行变形监测。从90 年代以来，世界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS 监测网，为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。我国在利用GPS 进行地壳形变监测是从1990 年开始，先后建立了多个全国性的GPS 监测网和主要活动带的区域性GPS 监测网， 进行了多期的复测和连续观测。在大坝外观变形监测方面，已成功地建立GPS 自动化监测系统。我国在青江隔河岩大坝建立的GPS 自动化变形监测系统，由数据采集、数据传输、数据处理与分析三大部分组成。实践证明，采用一机多天线GPS 系统，不仅可大大节省硬件设备费用的投入，而且能够有效地应用于滑坡和大坝等局部变形监测。
2．GPS 用于变形监测的现状
经过近十年的迅速发展，GPS 观测边长相对精度已经能够达到10-9，比传统大地测量精度提高了3 个量级。GPS 技术在变形监测方面主要应用于以下领域：首先，利用GPS 技术解决了常规观测中需要多种观测的问题，观测结果能充分反映滑坡的全方位活动性，是监测滑坡变形、掌握滑坡发育规律的切实可行的技术；其次，该技术可对大型建筑物位移实时监测，具有受外界影响小、自动化程度高、速度快、精度较高等优点，可以全天候测量被测物体各测点的三维位移变化情况，找出被测物体三维位移的特性规律，为大型建筑物的安全营运、维修养护提供重要的参数和指导；第三，GPS 精密定位技术不仅可以满足水库大坝外观变形监测工作的精度要求，而且有助于实现监测工作的自动化。另外，GPS技术还应用于地面、海上勘探平台及高层建筑物等的沉陷观测中。
3．GPS 用于变形监测的模式
GPS 在变形监测领域的工作模式分为周期性监测和连续性监测。
3．1 周期性监测模式。应用GPS 进行周期性监测的频率应视具体情况而定，可以是数周、数月甚至更长时间，通常采用静态相对定位测量，例如李家峡水库、三峡库区滑坡等变形监测都采用了该模式。GPS周期性监测模式的运行主要围绕着“周期性”这个特点而展开，当监测系统所要研究的形变点或形变区域处于变化缓慢和微小状态时，可以把这个特定区域的时间以及空间看作不随时间变化的
物理量。这个时候，GPS周期性监测模式便可以发挥其作用，对监测点进行较长时间的监测工作。在这种情况下，所发生的监测工作主要是GPS静态监测模式。静态监测模式要求有2台以上的GPS接收机给予接受上的保障，并根据监测具体要求及时进行设备上的探讨。监测模式的形成需要形成有效的监测网，在获得相应的数据之后，要运用相应的软件对数据进行处理，经过平差计算求得观测点的三维坐标。
3．2 连续性监测模式。把监测仪器长时间固定在监测点上进行数据采集，适于数据采集周期短、自动化要求高的监测项目。在高层建筑物、桥梁等工程的动态监测中，激光干涉仪、加速度计等动态监测设备正逐渐被GPS 连续监测模式取代，因要求GPS 接收机长期固定在监测点上，故成本较高，利用若干通道的微波开关和若干GPS 天线，1 台GPS 接收机及相应的微波开关控制电路组成GPS 一机多天线系统，可很好的降低监测成本，最新系统利用工业控制计算机将GPS 接收机、控制电路板等进行统一集成。
4．GPS 应用于变形监测中的方法
根据监测的具体实际情况，GPS 应用于变形监测的测量方法可分为静态、快速静态和动态测量，它们的分别如表3 所示。基准网测量一般应采用静态测量方法。进行监测点测量时，可利用快速静态测量法; 在监测桥梁变形时，可选用实时动态测量。
5．GPS 进行变形监测的不足
GPS 应用于变形监测不足: GPS 接收机在地下、高山峡谷、密林深处和建筑物密集地区，由于受信号遮挡和多路径效应的影响，其可靠性和监测精度不高甚至无法监测; GPS 与一般变形监测设备相比，一般需3 台GPS，成本较高; 在变形监测中，由于GPS动态测量的精度只能达到厘米级，GPS 测量误差成为强噪声，从受强噪声干扰的序列观测数据中提取微弱的变形信息，是GPS 动态监测中待解决的一个关键问题; GPS 观测值和定位结果间的函数复杂，误差源多，任一环节处理不好都会影响最后精度。
6．GPS用于变形监测的发展趋势
由于GIS 技术的不断深入发展，基于GIS 的变形分析与专家预报系统已成为研究的热点。基于GIS 变形分析的关键是GIS 中时空数据库技术的成熟，将与变形有关的内外因数据抽象栅格数据层或矢量层，并GIS 数据库的力学模型进行结合，实现实时灾害评估与预报，并基于Web － GIS 平台进行在范围内灾害信息查询的与。由于无线电通讯技术、网络技术、地球科学及空间技术的飞速发展，各种技术已进入到集成融合阶段。在灾害大范围监测方面，实时自动监测技术将成为小时间尺度监测的主要手段，遥感及中长距离GPS 监测将成为大时间尺度监测的主要手段。逐渐形成从地面到天上，从点到面，多种监测技术进行综合的立体监测网络，变形监测未来发展的趋势将是分析和研究灾变信息间相互关系的集成技术; 将In-SAR 与GPS 进行集成，实现从测定离散点位到精确动态测定四维变形场整体已成为研究热点。所以，变形监测发展的方向将是实现多种监测设备多层次的集优化; 数据获取的自动化、高精度; 变形数据分析的信息化、专业化，变形信息的网络化共享。
参考文献：
[1]．胡友健, 等. 论GPS 变形监测技术的现状与发展趋势. 测绘科学, 2006, 31( 5) : 155~ 157
[2]．吴彰森. 变形监测技术及发展趋势研究. 科技资讯, 2008,35 ( 12) : 1
