GPS变形监测技术及数据处理方法

摘要：随着科学技术的不断发展，测绘技术也在发生日新月异的变化，促进了GPS技术的进步及完善，GPS技术凭借着自身的优势在变形监测中获得了广泛的应用。在借助GPS变形监测技术进行工程测量过程中，需要对监测数据进行处理和分析。本文分析探讨了GPS变形监测技术的优缺点及其数据处理方法。

关键词：GPS技术；变形监测；数据处理

随着我国城市建设的发展以及社会经济的繁荣，我国的工程建设单位加强了对于大、中型工程的建设。在此背景之下，为了进一步促进项目建设的安全性及稳定性，工程建设单位加强了变形监测作业的开展。而GPS凭借着快速、精确的特点，在变形监测作业中获得了广泛的应用。为了进一步促进相关效益的提高，技术人员需加强对于数据的优化处理。

1GPS变形监测技术概述

GPS变形监测技术是指通过使用GPS定位实现对于建筑物变形状况的监测，促进工程项目的安全性以及稳定性的提高。

1．1GPS变形监测技术优点

相关实践显示，借助GPS变形监测技术进行相关作业，由于GPS定位系统在作业过程中不需要各测站点间的通视，促进了变形监测工作朝着自由化、便捷化的方向发展，提升了作业效率，节省了相关费用。此外，GPS技术不受气候、地形等因素的影响，因此工作人员在借助该技术进行变形监测作业过程中能够实现全天候观测，促进工作效率的提升。此外，随着该技术的应用，变形监测工作朝着自动化的方向发展。目前，我国的GPS接收机能够进行自动化的数据采集，工作人员可以以此为依托，构建起GPS变形自动监测系统，实现数据采集、传输、处理、分析、报警工作的自动化，降低监测成本，提升监测数据的可靠性。另外，该技术在应用过程中还能够在最大程度上削减系统误差所造成的影响，提高数据采集精度。事实上，正是基于GPS变形监测技术自身的优点，使得该技术获得了相关部门的青睐，并在实际的工程建设中得到了广泛的应用。

1．2GPS变形监测技术缺点

由于GPS定位技术自身的局限性以及环境的限制，使得GPS变形监测技术在实际运用过程中存在着诸多不足。（1）点位选择的自由度较低。在借助GPS变形监测技术进行测量作业的过程中，为了确保实际操作的科学性以及测量数据的准确性，技术人员需要遵循一定的操作规范，需清理测量站点高度角15°以内附近的障碍物，且在选址时确保远离电磁波较强的区域。因此，技术人员在借助GPS变形监测技术进行相关操作的过程中，需要科学选择测量点，使得点位选择的自由度较低，不利于相关工作的高效开展。（2）观测条件较差。此外，在借助GPS变形监测技术进行工程项目监测过程中，往往会因为视场的狭窄而导致多路径误差严重。如在进行大坝等多种大型工程的变形监测作业过程中，由于大坝两侧分别为水库、山地，其自身的自然地理环境及植被的差异性会导致对流层延迟改正精度受到不同程度的影响。（3）误差源多。与正倒锤等变形监测手段不同的是，在借助GPS变形监测技术进行相关作业的过程中，由于GPS定位函数关系较为复杂，因此，存在的误差源也较多。这种状况的出现使得工程建设变形监测工作难以得到有效开展，其分析数据的误差较大。

2GPS变形监测数据处理方法

在借助GPS变形监测技术进行工程变形检测过程中，工作人员在收集相关数据后，需要借助各类方法进行监测数据的处理及分析。

2．1静态数据处理方法

在借助静态数据处理方法进行相关作业过程中，需要以每一期观测值作为一次相对定位，并在此基础上进行两期监测点的位置变化的计算及分析，从而实现对于变形量的测量。在这一过程中，工程人员需借助静态相对定位方式获取基线向量，随后进行网平差，并对观测质量进行评价和分析，最终得到监测点的坐标。在完成上述两个操作环节后，技术人员需要根据统计检验方法对该坐标差是否是变形量进行确定。在借助上述方法进行变形测量数据操作过程中，其监测网一般由基准点及监测点构成。这种数据处理方法在实际的应用过程中往往需要加强对于其他问题的解决：一是如何实现对观测值粗差的科学提出；二是如何判断基准点是否稳定。基于这种状况，为了进一步促进该类方法的科学应用，技术人员需在实际操作过程中加强对于上述两大问题的分析及处理。

2．2单历元解算方法

为了进一步促进动态定位作业的有效开展，国内外学者加强了对于整周模糊度的在航解算方法（OTF）的研究。在这一过程中，为了进一步促进周跳的探测与修复问题的解决，国内外学者提出了单历元解算模糊度的方法。单历元解算方法最初于20世纪末被提出。该方法在实际应用过程中的基本思想具体如下：一是需要设计人员加强对GPS点近似坐标的确定，在这一过程中需确保其误差在±2m内；二是在进行基本卫星星座选择过程中，一般采用PODP值最小、几何图形最优的4颗卫星，并借助双差方程进行相关坐标的计算；三是依据上述计算的坐标，计算出所有卫星的模糊度函数值，并将其进行筛选，构建新的模糊度搜索空间；四是在构建完成的模糊度搜索空间中，借助双差方程以及最小二乘估计方法，计算残差平方和，最后借助F检验法确定其模糊度。实验表明，对于小于1km的基线，单历元正确解算模糊度的成功率为100％，但当基线较长时成功率有所下降。在相关的实验过程中，技术人员分别采用了2、5以及10km的基线进行相关作业，最终发现其单历元正确解算模糊度的成功率分别为80％、40％及5％。由此可知，为了提高单历元正确解算模糊度的成功率，技术人员需严格控制基线的长度。

2．3频谱分析法

技术人员在进行动态变形分析过程中，可以在时间域以及频率域中进行。在借助频谱分析法进行工程项目变形监测作业过程中，工程人员需要利用傅立叶（Fourier）级数将时间域内的数据序列转换到频率域内进行分析。这能帮助技术人员确定时间序列周期，并分析各类隐蔽性以及复杂性的周期数据。作为一种确定动态变形特征的方法，频谱分析法目前被广泛应用在建筑物结构振动监测过程中。但频谱分析法在实际应用过程中对于外部条件要求过于苛刻，导致工程变形监测分析的实用性降低，不利于相关工作的有序开展。

2．4小波变换法

小波变换法诞生于20世纪80年代，其理论上突破了傅立叶分析方法，实现了对于信号时频特征的描述及分析。小波变换法在应用过程中能够实现对高精度变形特征提取、对非平稳信号消噪有着其他方法不可比拟的优点。因此，小波分析理论在GPS变形监测（尤其是动态变形监测）的数据处理与分析方面发挥着巨大的作用。

3结语

目前，我国的经济建设以及城市化进程获得了长足发展。在此背景下，相关部门应加强基于GPS变形监测技术的应用，促进工程建设质量的提高。本文分析探讨了GPS变形监测技术的优缺点，并对GPS变形监测数据处理方法进行了论述。随着相关措施的落实到位及技术的发展，我国的GPS变形监测工作必将获得长足发展，并以此为基础促进相关的经济效益以及社会效益的提高。

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作者：李磊 裴媛媛 单位：黄河勘测规划设计有限公司