关于GPS在变形监测中的应用研究

代波 李志飞

摘 要：GPS作为现代先进的通信检测技术，可以面向全球的所用用户24小时不间断的提供具有高精度的三维坐标、三维速度以及时间等信息作为参数。现在GPS技术在变形监测中已经开始广泛的应用，取得了很好的成果。本文对GPS技术在变形监测中的应用进行分析，对GPS技术在未来的应用做出展望。

关键词：GPS；变形监测；应用

随着人类社会的不断发展，科技力量在人类认识自然和改造自然的道路上发挥着越来越多的作用。变形是一种普遍存在的现象，某些变形是人力所不能抗拒的，但是很多的变形如地壳变迁、大型工程变形会给人类造成很大的伤害，所以人们采取高科技技术对地球的变形活动进行监测，减少变形带来的危害，而GPS技术无疑是最有效的监控手段，其时间上的连续性、三位坐标和速度的准确性给人们应对变形带来来了极大便利。

1 GPS技术的简述

全球定位系统（GPS）是20世纪出现的高科技技术，它具有速度快、精度高、时间连续、全自动、可同时测量点的三维坐标等特点，在全世界都得到广泛的应用。到目前为止GPS技术已经被广泛的应用于经济建设以及科学探测等多种领域，对地质测量、海洋大气、地球动力、资源勘探、航空与卫星定位、工程建筑的变形、运行目标的位置测定和精准时间的传输等生产、科研行业都产生很大影响，将卫星定位的高精度和稿效率的特点展现出来。随着人类社会的快速发展，各种大型工程拔地而起，但是随着使用时间的增加，各种建筑都可能出现变形的现象，所以对于变形的监测工作显得格外重要。如果采用传统的仪器测量的办法，不仅工作量极大，而且数据精度也很难得到保障，但是采用GPS技术不仅可以保证数据精准，而且可以有效的提高工作效率，大大节省人力、物力。

2 变形监测的概念

变形是一种在自然界普遍存在的现象，这种现象是指物体在各种的承载力作用下，它的形状、大小以及位置在时间上和空间角度发生变化。一般变形体的变形现象只要控制在一定范围内是被允许的，但是如果超出了限定值就可能造成危害。在自然界中因为变形造成的灾害可谓比比皆是，比如：地震、滑坡、火山爆发等，在人为修建的工程中也会发生变形现象，如果超出限定量同样会造成很大的危害，比如：溃坝、桥梁与建筑物的崩塌等等。这种超出限定量的变形会给人们的生产生活带来极大的危害，所以，人们应该加强对这种变形现象的监测，以降低危害程度。

对于变形现象的监测是指，利用测量仪器或是其他的专用仪器及方法对变形体进行监测的工作。也可以称为变形测量和变形观测，这种监测的目的是确定变形体在各种负荷承载力的作用下，发生变形的形状变化、大小变化和位置的变化，在空间和时间上表现出来的特征。变形的检测是人们通过对变形数据的分析，对变形现象加深认识、检验理论、提出假设提供参考，这是工程测量的一项主要内容。

3 变形监测的目的及意义

随着科技发展和大型机械的产生与应用，人类在城市建筑、水利工程、道路交通工程等方面的建设能力大大提高，高楼大厦拔地而起、大型水电站屹立于江河之中、挖山掘石更是不再胯下，各类大型建筑在经济发展和人民生活中发挥着重要的作用，同时其安全问题也是备受人们的关注。随着工程的规模越来越大、造价不断提高、科学技术的广泛应用，工程质量精密度日益提升，但是如果因为某种原因工程出现损坏，其后果也是非常大的。所以及时准确地掌握各类工程的变形情况，达到预防工程变形灾害的目的，就显得十分重要了！对于工程变形的监测可以有效的分析与评价工程的安全状态，验证工程建设的质量，对工程变形的变化趋势做出预测，从而让人们提早预防因为变形带来的损害。

4 GPS技术在变形监测中的应用

在工程变形的监测工作中，方法有很多，包括：传统的大地测量法、投影测量法、智能仪器测量法、空间技术测量法（如GPS技术、合成孔径雷达干涉法等）。在近些年来，GPS技术、合成孔径雷达干涉技术、计算机层析成像、激光扫描等技术成为变形监测的重点研发应用技术，在很多领域都开始应用。其中GPS技术是目前在变形监测中应用最为广泛的技术。GPS卫星定位技术与传统的测绘作业方式相比较具有明显的优势，其高效、精准、连续、覆盖面广的特性是传统的方法所不能比拟的。现在人们已经将GPS技术广泛的应用于地质运动监测、区域内地面的升降变化、矿业、水利工程边坡的稳定性监测、大型建筑物的变形测量等多方面，取得了很好的成果。在工作实践中，人们也获得了丰富的经验。现在科学界已经把GPS技术从地球地质变化的监测功能扩展到桥梁等大型工程的变形测量中，展开了积极的研究实践活动。

我国正式开始应用GPS技术是从上世纪80年代开始的，但是中国从国外引进GPS接收机，将其应用于各个领域，同时见于这项技术的现实意义，我们也开始了自己的卫星导航技术系统的研发，并取得了很好的成绩。到目前为止，我国的GPS接收机已经发展到10万多台，广泛的应用于测量、航空、航海、车载导航等领域，现在正以每年2万台的速度递增。

5 GPS技术在变形监测中的发展趋势

5.1 健全GPS变形检测的在线分析处理体系

在对大坝、桥梁、大型建筑物以及地壳运滑坡等自然灾害的监测中，完善技术先进、使用方便的GPS变形监测信息在线实时分析控制系统是目前变形监测的一个重要发展趋势。这一系统是由信心的采集、数据传输、数据分析与处理几个主要方面构成的。可以使监测到的信息得到及时有效的处理与分析，从而对变形的现状以及未来的发展趋势做出判断，为可能发生的灾害提供预警参考信息，特别是对于处在地壳活动比较活跃地带，以及易发生滑坡地区的地理变形监测具有非常重要的意义。

5.2 发展“3S”集成变形监测系统

所谓的“3S”（ GPS、GIS、RS）是指全球卫星定位系统、电磁遥感技术、地理资讯信息系统等现代科学技术的代表。随着计算机技术、无线电通信技术、空间技术和地球科学的发展，这些技术已经从彼此独立的状态走向集成合作的发展道路，发展“3S”集成技术可以实现包括变形监测在内的各种灾害信息的有效分析和传输，各种技术之间互为支撑，可以实现全新的效果，特别是对GIS的应用，可以描绘出四维空间的地质变形现象，还可以对研究区域内变形现像随着时间变化而变形的过程做好记载，为滑坡等地质灾害的监控和预报提供可靠的参考材料。所以“3S”集成技术的发展是未来变形检测技术的发展趋势之一。

6 结束语

变形是一种在自然界广泛存在的现象，包括地质变动、山体滑坡等自然现象，也包括各种建筑在受到自身承载力和外力作用下发生的变化等等。这些变形的发生会对人类的生产和生活产生不同程度的影响。GPS技术作为现代科学监测手段，具有精确、实效长、速度快、覆盖面广的优势，把GPS技术应用于变形的监测工作中可以有效地提高变形检测的工作效率，对于人类有效预防变形带来的危害发挥重要作用。

参考文献

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