关于GPS在变形监测中的应用研究

文 睿 李坤全

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

变形监测技术是监测变形体状况的重要技术，但其往往受环境因素的影响而不能够顺利实施， 尤其是使用传统测量方法进行变形监测时，不仅观测时间长，而且劳动量非常大，不能满足变形监测的要求。GPS 定位技术具有全天候、精度高及速度快的特点，可以有效地避免传统测量方法的弊端，在变形监测中被广泛应用。了解GPS 在变形监测中的应用现状，并进一步探讨其发展趋势，是不断提高变形监测技术应用效果的保障。

1 GPS 及变形监测技术概述

1.1 全球定位系统简介

GPS 本来是用于军事部门的卫星导航及定位系统，以卫星为基础，具有全天候、速度快、连续性、实时性等特点，并且GPS具有良好的保密性及抗干扰性。 全球定位系统可以向全球任何一个用户提供精度非常高的时间信息及三维坐标等技术参数，并且全天候提供，在各种变形监测中都可以得到有效应用，尤其是在大坝变形监测、桥梁变形监测、滑坡监测及矿区变形监测等特殊地区监测中得到广泛应用。 GPS 在变形监测中的应用效果非常好，精度非常高，并且可以使监测工作有效地实现自动化及实时化。

1.2 变形监测技术简介

变形监测技术在八十年代之前主要指的是常规大地测量及特殊的变形测量技术， 经过近些年的发展， 摄影测量技术及GPS 技术成为变形监测技术中的重要组成部分。 常规大地测量技术采用的工具主要是经纬仪、水准仪、全站仪及测距仪等测量仪器，利用这些仪器对点的变形值进行测量。 一方面能够对变形整体的形态进行提供， 另一方面也可以用于不同的检测精度及变形体，在不同的检测环境中都能够应用，以提供有效的绝对变形信息。 但这一技术的作业量较大，并且受地形条件的影响，往往不能够实现自动化监测。 特殊变形测量技术包括三种，即准直测量、应变测量和倾斜测量，这种测量技术的测量过程相对比较简单，并且可以对变形体的内部变形进行检测，以有效地实现监测的自动化，但提供的变形信息比较局限，一般只能够对相对变形信息进行提供。

摄影测量技术主要包括地面摄影测量技术及航空摄影测量技术两种。摄影测量技术可以瞬间记录被摄影物体的信息，在不规则及不可接触体的变形监测中具有独特优势， 并且这一技术获取的信息可以长久保存，具有客观性，监测工作简便且比较安全。 但摄影测量技术的摄影距离较近， 对仪器设备的要求较高，因此应用并不广泛。GPS 技术的应用则对其它变形监测技术的缺点给予了很好的弥补，近些年已经被广泛应用，并收到了良好的效果。

2 GPS 在变形监测中的应用现状分析

2.1 GPS 在变形监测中的应用优势分析

GPS 在变形监测中的应用优势非常突出。 首先， 精度高。GPS 比传统的大地测量精度高出三个量级， 观测边长相对精度已经达到了10-9。 其次，全方位。GPS 在变形监测中的应用能够充分反映全方位的活动性， 能够有效解决常规观测中需要多种观测的问题， 在检测滑坡变形及掌握滑坡发育规律中具有切实可行性。再者，实时性。GPS 技术可以实现实时监测，捕捉实时信息。 另外，GPS 技术受外界的影响较小，并且速度快，自动化的程度较高，能够全天候地测量被观测点的位移变化。 最后，GPS 精密定位技术一方面可以有效地实现对水库大坝的变形监测，另一方面也有利于实现监测工作的自动化。 因此，GPS 在变形监测中得到广泛应用。

2.2 GPS 在变形监测中的应用特点分析

GPS 在变形监测中的应用具有以下几个特点：第一，在变形监测中运用GPS 无需保持通视， 传统的方法需要点之间保持通视才能够进行观测，而GPS 仅仅需要保证测站上空开阔便可；第二，GPS 可以同时提供监测点的三维位移信息，如果用传统的方法则需要将平面位移和垂直位移进行分开监测，不但周期长，而且工作量极大；第三，全天候监测，GPS 没有气候条件的限制，可以实现长期全天候观测；第四，GPS 的监测精度非常高，可以提供1×10-6的监测精度；第五，GPS 的监测操作简单，很容易实现监测的自动化。

2.3 GPS 在变形监测中的应用方案分析

变形监测的作业及监测模式主要有三种，即周期性重复测量、实时动态监测及固定连续GPS 测站阵列。 在应用GPS 进行变形监测时， 要根据国家的相关的规定进行变形监测等级的划分，明确变形监测的相关参数要求。 监测中的方案主要有以下几个：第一，可以用多台GPS 机进行同步观测，最好在每个观测点都安置GPS 机，做到每点一机同步观测；第二，如果进行多期观测，则要做到每期观测时GPS 接收机台数及接收机的型号相同；第三，在进行观测时，要选择最佳的卫星分布，并且在卫星较多的时段进行观测；第四，基准点与变形点间的距离及基准点都不能够超过五千米。

2.4 GPS 在变形监测中应用的作业方式分析

GPS 在变形监测中应用的作业方式主要有两种，即周期性和连续性。 周期性变形监测大致与传统的变形监测相似，变形体的变形相对非常缓慢，因而变形监测的周期相对较长，这种监测方式的基准选择及确定非常关键。 连续性变形监测则指的是利用监测仪器对数据进行长时间的采集，从而获得数据序列。 这种监测方式所获取的数据具有一定的连续性，且分辨率较强，在数据的解算及分析方面具有较高的要求。

2.5 GPS 在变形监测中的应用误差分析

GPS 在变形监测中会存在一定的误差，误差的存在势必会对观测的精度有影响， 按误差的性质可以将监测中的误差分为两大类，即系统误差及偶然误差。 按误差来源分类，GPS 测量误差则主要分为与GPS 卫星有关的误差、与信号传播相关的误差，及与接收设备有关的误差。 系统误差主要有卫星轨道误差、电离层折射误差、对流层折射误差、接收机钟差等。 偶然误差则主要是多路径效应引起的误差及测量观测误差等。 如果出现系统误差，主要通过在数据处理的数学模型中引入未知参数，以及运用监理系统误差模型计算该证书及同步观测数据求差等方法，来消除影响。 若出现偶然误差，则可以通过增加观测系数、完善观测条件和调整观测时间等途径对其影响进行减弱。

3 GPS 在变形监测中的应用发展趋势探讨

GPS 在变形监测中的应用发展趋势主要包括以下几个方面：第一，建立完善的GPS 变形监控实时分析系统是其发展趋势之一。 对大坝和大型桥梁以及高层建筑物及地壳变形等进行检测，以有效地实现数据采集、传输及处理，从而使得监测数据能够及时地被分析处理，实时地对变形现状进行评价，并预测其发展的趋势。 进而提供科学合理的依据，为灾害发生的可能性分析及预报打下基础，这对活跃阶段变形体的监测来说意义重大。 第二，“3S”集成是其发展的又一重要趋势。 “3S”集成可以为各种灾变信息之间的关系提供技术上的支撑， 比如TGIS 技术的应用，便可以对四维空间的地质状况进行描述， 能够有效地记载各种地质现象的演绎过程，对各种灾害的测报具有重要作用。 第三，将其他的变形监测技术与GPS 相结合组成综合的变形监测系统，是其发展趋势之一。这主要是为了克服GPS 在变形监测中的不足，根据变形监测的目的及对象，将GPS 与其他变形监测技术进行集成组合，以有效地实现优势互补。 第四，将小波分析理论用于GPS 的动态变形分析之中，是其发展的又一趋势。通过利用小波变换的多分辨率特性来实现GPS 动态的检测数据滤波及变形特征信息的提取， 依靠其高精度来解决其它方法所无法解决的难题，从而使GPS 在变形监测中发挥更大的作用。

4 结语

GPS 定位系统以其独特的优势被广泛应用于变形监测中，取得了良好的监测效果。 本文分析了GPS 在变形监测中的应用现状，并进一步探讨了变形监测中GPS 的发展趋势，对监测效果的保障等具有重大的意义。

[1]代波，李志飞.关于GPS 在变形监测中的应用研究[J].科技创新与应用，2014（1）.

[2]肖鸾，胡友健，王晓华.GPS 在变形监测中的应用综述[J].工程地球物理报，2005，4.

[3]胡友健;梁新美;许成功.论GPS 变形监测技术的现状与发展趋势[J].测绘科学，2006，10.

[4] 李峰.GPS 技术在变形监测中的应用 [J]. 建筑经济，2007，12.