GPS技術在邊坡變形監(jiān)測中的應用與數(shù)據(jù)處理

李秉鐸

摘??要：經(jīng)濟的發(fā)展離不開道路的支撐，而邊坡是最為常見的一種道路安全事故類型，會給來往行人與車輛帶來極大的安全隱患，所以必須要通過各種手段對邊坡進行監(jiān)測，并對監(jiān)測結果進行分析，得出有用數(shù)據(jù)，從而控制邊坡變形，保證道路使用的安全性。通過監(jiān)測結果來判斷邊坡的變形情況，利用GPS技術實時性高、精密度高和自動化程度高等特點，提升邊坡變形監(jiān)測工作的效率與質量。

關鍵詞：GPS技術;邊坡變形監(jiān)測;數(shù)據(jù)處理;小波理論

中圖分類號：P228.4???????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.137

隨著科學技術與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，GPS技術得到了廣泛的應用，但是GPS所采集到的觀測量會受到粗差的影響。通過穩(wěn)健度分析理論對其進行推導，結合最大位移向量法來簡化整體計算程序，可以提升監(jiān)測穩(wěn)健度。從當前GSP技術發(fā)展的實際情況及其在邊坡監(jiān)測中的應用情況入手，闡述科學化的GPS基礎下的邊坡監(jiān)測方式和數(shù)據(jù)處理方式。

1??當前GPS技術在應用中存在的問題

雖然GPS技術經(jīng)過多年來的發(fā)展，已經(jīng)逐漸趨于完善，但是依然會受到自身特點和測量規(guī)范等外界因素的影響，導致在邊坡變形監(jiān)測時產(chǎn)生各種問題，影響了監(jiān)測質量。

1.1??自由度差

為了控制衛(wèi)星信號與多路徑效應帶來的負面影響，測量規(guī)范對測站周邊環(huán)境作出了很高的要求——站點周圍15°角及以上的空間必須沒有任何遮擋物體，而且測站點與高壓線和無線電臺等之間要有足夠的距離。因此，在選擇測點之前，要對周圍環(huán)境進行檢查，保證周圍沒有任何大面積水面或者任何可以導致信號強烈反射的物體。雖然規(guī)定的比較詳細，但是在實際實踐過程中，因為監(jiān)測點所在位置需要根據(jù)邊坡地質構造來確定，可供選擇的范圍比較小，通常都不能滿足規(guī)定中的要求，所以影響了工作的正常開展。

1.2??觀測條件受限

觀測條件將直接影響觀測的精確性，但是因為邊坡變形監(jiān)測周圍通常都是大型的山體，多路徑效應引起的誤差較大，如果不及時解決，則會影響監(jiān)測結果的準確性。采用GPS技術對邊坡進行監(jiān)測涉及到的函數(shù)關系十分復雜，監(jiān)測結果不僅會受到監(jiān)測環(huán)境的影響，同時也會受到儀器質量、數(shù)據(jù)處理軟件等多方面的影響，所以在利用GPS設備對邊坡變形進行監(jiān)測時，必須在現(xiàn)有基礎上對監(jiān)測理論和監(jiān)測技術進行更深層次的研究，提升邊坡檢測工程質量。

2??小波理論下的GPS技術應用及數(shù)據(jù)處理

2.1??邊緣處理及濾波

對小波函數(shù)定義進行分析時可發(fā)現(xiàn)，該函數(shù)在剛產(chǎn)生時，應用環(huán)境在正負無窮區(qū)間上，但是實際問題通常會在特定區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，少數(shù)情況下會含有邊緣條件。在解決邊緣問題時，通常采取邊緣向外對稱延拓、補零延拓或者函數(shù)插值延拓等多種模式。如果信號處于有限區(qū)間，則小波分析尺度函數(shù)與小波函數(shù)也會產(chǎn)生在該區(qū)間上，再加上構造過程的影響，小波基會包含邊界條件。

完成信號采樣之后，可獲得數(shù)量較多的有限頻帶，將所有的信號安置在特定頻率區(qū)間中進行處理。信號的分解作用就是將所有被采集的信號分成不同種類，分別為低頻部分與高頻部分。如果情況需要，可以通過相關分解方式對低頻部分進行二次分解，通過小波包分析法分解高頻部分，解決混合信號，保證所有子信號的頻率是不同的，所以小波分解法可以被廣泛應用到各種信號處理中。

2.2??小波分解

假定系統(tǒng)原始信號總數(shù)量是N，則采樣值為CN、n，分解的層數(shù)為M，則小波系數(shù)的序列為an和bn。對所有層中的小波系數(shù)進行計算，為了控制噪聲，將所有層高頻系統(tǒng)闕值控制

在θ，可以通過來計算闕值。計算所有層當中的闕值，

利用???????????????????????????公式完成闕值計算，得到所

有層二次計算后的序列，即萍{dN-m，n}和{CN-m，n}。

2.3??采用小波分析法處理GPS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)

GPS信號發(fā)射直至接收的整個過程都會受到噪聲的干擾，影響監(jiān)測數(shù)值的精確性，所以需要對GPS觀測數(shù)據(jù)進行處理，獲取準確的觀測序列。由于噪聲的頻比較高，所以可以通過小波變換的方式將其信號系統(tǒng)控制在0，控制信號當中沒有實際作用的部分，并對所有的數(shù)據(jù)進行小波重構，保證去噪工作的正常開展。通常情況下，小波分解去噪方式可分為以下兩個環(huán)節(jié)：①對采集的原始數(shù)據(jù)進行預處理，從數(shù)據(jù)的特點入手，綜合各種小波類型選擇最適合該數(shù)據(jù)使用的小波類型，明確分解層次，并對數(shù)據(jù)信號進行小波分解，消除所有的高頻系統(tǒng)闕值，通過設定值對所有尺度模式下的高頻系數(shù)進行闕值化處理。②重構處理所有尺寸的小波系數(shù)。假定f（x）屬于監(jiān)測點變形數(shù)據(jù)的基本豎列，通過Mallat分解方式對數(shù)據(jù)進行處理，按照數(shù)據(jù)頻率差異將其分成不同的部分，使f（x）=Af（x）+Df（x）。對公式進行演化，計算出投影。尺度函數(shù)對應低通濾波器和小波函數(shù)對應帶通濾波器，分解師會將所有有噪聲的序列通過分解的方式帶入到不同頻帶當中，在重構時，可以先將高頻細節(jié)設定為0，得到重構以后的去噪變形序列，由此提升數(shù)據(jù)處理結果的科學性，讓數(shù)據(jù)處理更好地為相關工作人員服務，控制邊坡變形，提升道路使用的安全性。

3??結束語

隨著科學技術的不斷發(fā)展，GPS技術也在不斷地完善。從近年來道路邊坡監(jiān)測實際情況來看，將GPS技術應用到道路邊坡監(jiān)測中可以改善傳統(tǒng)道路邊坡監(jiān)測工作中存在的弊端，所以未來GPS技術在邊坡變形監(jiān)測中會得到越來越廣泛的應用。但是因為GPS技術與常規(guī)監(jiān)測技術相比對施工人員的要求比較高，且存在一些獨特的規(guī)定，所以需要不斷對其進行完善，提升工作效率。上文從當前我國相關技術的掌握情況、近年來的科學技術發(fā)展情況及小波技術的掌握情況來看，通過小波分析的方式來處理GPS監(jiān)測點的變形信號可以有效減少信號當中的

噪聲，保證重構工作的正常開展，控制監(jiān)測結果當中存在的粗差和噪聲，全面提升GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度，提升數(shù)據(jù)的使用效率，使其可以更好地為邊坡監(jiān)測服務。在實踐中發(fā)現(xiàn)，使用Matlab數(shù)值計算和可視化軟件等設備來完成工作可以提升小波分析在噪聲消除方面的實際使用效率。小波理論在近年來發(fā)展速度比較快，在許多領域都有不俗的表現(xiàn)，以其良好的時頻特征得到工作人員的青睞，所以可以使用小波方法對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行處理，保證信號重構與信號分解的正常開展，也可以通過該方式來控制噪聲，效果良好。通過闡述小波使用方式及使用關鍵點，為相關工作人員提供工作經(jīng)驗，促進道路邊坡檢測工作更好、更快地發(fā)展。

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〔編輯：王霞〕

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Li?Bingduo

Abstract：?Road?Economic?Development?is?inseparable?from?the?support，?and?the?slope?is?most?common?a?road?safety?accident?types，?to?bring?a?great?security?risk?and?pedestrians?and?vehicles，?so?must?to?through?a?variety?of?means?to?monitor?the?slope，?analysis?and?monitoring?of?results，?draw?useful?data，?so?as?to?control?the?slope?deformation?and?ensure?the?safety?of?road?use.?Through?monitoring?the?results?to?determine?the?deformation?of?the?slope，?the?use?of?real-time?GPS?technology，?high?precision?and?high?degree?of?automation，?improve?the?efficiency?and?quality?of?slope?deformation?monitoring.

Key?words：?GPS?technology;?deformation?monitoring;?data?processing;?wavelet?theory