探究GPS变形监测技术现状及发展趋势

■丁毅

（青海省第一测绘院 青海 西宁810001）

探究GPS变形监测技术现状及发展趋势

■丁毅

（青海省第一测绘院 青海 西宁810001）

GPS全球定位系统具备高精度、实时、连续、自动化程度高、全天候测量的特点，在变形监测领域有着较为广泛的的应用。但是，现阶段GPS变形测量技术也存在局限和不足。本文从GPS变形监测技术现状展开论述，而后对GPS变形监测技术发展趋势进行分析。

GPS变形监测现状及趋势

1 GPS变形监测技术现状

GPS变形监测模式周期性监测，如果形变体形变速率较小，可以将其处理为稳定不动，能够通过GPS展开周期性变形监测，监测频率由实际情况定为几个月、一年甚至数年。此时通过GPS静态相对定位法监测，即把多台GPS接收设备安装在观测点同步监测，监测时段长度及次数依据对于监测精度要求确定。通常情况下通过边连接方式组成监测网，而后展开数据处理分析，通过软件解算基线，最后得到观测点三维坐标。上述方法边长相对精度较高，适用于长边监测网、连续性监测。即通过固定监测设备展开长期数据采集，得到连续的变形数据，数据有高时间分辨率的特点。依据变形体的特点，GPS连续性监测能够利用动态相对定位和静态相对定位数据处理法开展观测工作。例如，当大坝在超出其正常水位蓄洪时，就需实时监测其变形情况，这时的监测系统就需具备数据实时传输及数据实时处理分析能力。对于高层建筑振动测量工作，其目的是得到变形信息、变形特征，事后进行数据处理分析。在动态监测方面，传统方式是通过激光干涉仪、加速度计等等设备测定建筑物振动特点，但是随着社会的发展、高层建筑增多、对于监测工作要求更加严格等等，传统测量方法、技术已不能满足要求。GPS在变形监测和结构特性动态监测有着较大优越性。近年，GPS在国内外各个领域也有着较广泛的应用，例如通过GPS技术对斜拉桥和大跨度悬索桥安装GPS实时监测系统，而后展开高频率、连续的数据采集，进而获取监测对象动态信息特征。高采样率卫星接收设备的研发，使得研究建筑物动态变形新型方法得以出现。

GPS数据处理法GPS变形监测网解算基线及平差计算，现阶段主要使用瑞士或者美国研制开发的软件。上述软件都是作为科研的GPS数据处理软件，有着极高的精度。数据处理分为两方面：一是对于GPS原始数据处理之后得到基线解；二是对于各个同步观测网解展开平差分析，得到GPS网整体解。数据处理核心对于同步观测网基线进行处理，但是在平差分析方面，现阶段还未出现较为理想的方法。国内较为先进的GPS平差软件有同济大学研制开发的TG-PPS静态定位处理软件，上述软件主要是完成基线处理后二维、三维GPS网的平差。

GPS变形监测存在的问题GPS变形监测，已经取得瞩目的成果。但是现阶段，在地下、高山峡谷、密林深处等等区域，因为卫星信号较弱，其监测精度不高、缺乏说服力，甚至无法开展监测工作。通过GPS技术，仅仅可以获得形变体上部离散点位移特征。此外，依据滑坡GPS监测资料，其监测垂直位移精度不高。因为GPS技术存在上述缺点，并不能完全取缔其他监测技术。现阶段，GPS动态变形监测数据分析方法仅仅达厘米级别精度，不能满足变形监测高精度的要求。此外，因为动态变形监测的监测点的形变很小，怎样从收强噪音影响的数据中提取特征信息，进而提升精度，是GPS变形监测技术需要处理的问题。

2 GPS变形监测技术发展前景

依据国内外GPS变形监测技术现状，能够将其发展前景分为以下方面：

建立实时分析处理数据系统。对于高层建筑、大型桥梁、大坝、滑坡变形监测，研制开发科学先进的GPS变形监测实时分析处理数据系统是未来很长时间发展的重点。此系统是由数据采集、传输、分析处理等部分组成，进而使获得的数据能够及时地得到分析处理，最后得出变形特征，分析地质灾害发生分析提供科学的依据。因为GPS技术对滑坡、大坝展开变形监测的成本较高，所以，低成本的GPS实时监测系统是极具现实意义的研究方向。

建立3S集成变形监测系统随着无线电通讯技术、空间技术、地球科学、信息技术飞速发展，GPS、RS、GIS融合成为3S技术有着迅猛发展。3S技术为分析、研究变形信息之间的关系提供支持，尤其是时态技术应用，能够描述四维地质现象，除了具备GIS常用功能外，还可以记录监测领域地质现象随着时间变化过程，对于滑坡等地质灾害可能性分析有着积极的意义。所以，研制开发3S变形监测系统，是GPS变形监测技术极具现实意义的发展趋势之一。

建立综合变形监测系统为了解决GPS技术变形监测的局限性，依据变形监测的目的，把GPS和特殊变形测量、摄影测量、SAR等变形测量技术整合成综合系统，它够将子系统的优势互补。例如，将SAR和GPS集成的变形监测网，能够由离散点位测定至四维形变场，进而扩大GPS变形监测应用范围。现阶段在水库大坝、滑坡甚至板块运动领域研究都应用GPS变形监测技术。GPS变形监测综合系统在整体性强、范围大的地壳运动监测中的应用，极大提升地壳变形监测的分辨能力和控制能力，为GPS变形测量综合系统在大型工程中的监测研究产生积极作用，推动变形监测研究想着高精度方向发展。

新型GPS动态变形分析法为了处理信号时频特征不能被描述的问题，能够通过小波转换多分辨率的特点，实现GPS监测数据变形信息、滤波的提取及分离不同变形频率。利用小波变换提取变形信息目前处于研究初期，并未获取重大研究成果。小波分析理论是大地测量理论重点研究方向之一，小波分析为了提取高精度变形特征提供数学依据，能够处理其他分析方法无法高效解决的问题，在消除非平稳信号噪音方面具备优点。所以，小波分析理论在GPS变形监测数据分析处理方面有着不可或缺的作用。

3 结束语

GPS技术有着精度高、自动化程度高、全天候测量的特点，在工程灾害监测甚至地壳形变中有着广泛的应用。GPS在变形监测中的应用，其发展趋势是针对不同监测目的和监测对象，研制开发科学先进的GPS实时监测系统、3S集成变形监测系统、综合变形监测系统、新型GPS动态变形分析方法。GPS在滑坡体、大坝外观变形监测的应用，相比于以往地面测量技术，有着独特的优势，但是其成本较高，所以低成本GPS变形监测技术的研究也是当下研究的热点。

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P228.4[文献码]B

1000-405X（2016）-12-166-1