GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用及發(fā)展研究

■梅蛟

（重慶同望水利水電工程設(shè)計有限公司重慶401120）

GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用及發(fā)展研究

■梅蛟

（重慶同望水利水電工程設(shè)計有限公司重慶401120）

隨著各種大型建筑的大量涌現(xiàn)以及滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生，變形監(jiān)測研究的重要性更加突出，推動著變形監(jiān)測理論和技術(shù)方法的迅速發(fā)展。本文針對GPS在變形監(jiān)測中的技術(shù)優(yōu)勢，對該項技術(shù)在變形監(jiān)測中應(yīng)用進行探討，希望能為今后對于變形監(jiān)測中GPS的應(yīng)用提供幫助。

變形監(jiān)測GPS技術(shù)應(yīng)用分析發(fā)展趨勢

隨著人類社會的不斷發(fā)展，科技力量在人類認識自然和改造自然的道路上發(fā)揮著越來越多的作用。變形是一種普遍存在的現(xiàn)象，某些變形是人力所不能抗拒的，但是很多的變形如地殼變遷、大型工程變形會給人類造成很大的傷害，所以人們采取高科技技術(shù)對地球的變形活動進行監(jiān)測，減少變形帶來的危害，而GPS技術(shù)無疑是最有效的監(jiān)控手段，其時間上的連續(xù)性、三位坐標和速度的準確性給人們應(yīng)對變形帶來來了極大便利。

1　變形監(jiān)測技術(shù)概述

變形監(jiān)測技術(shù)包括常規(guī)大地測量技術(shù)、特殊變形測量技術(shù)、攝影測量技術(shù)和GPS技術(shù)。在20世紀80年代以前，變形監(jiān)測主要是采用常規(guī)大地測量和某些特殊測量技術(shù)。常規(guī)大地測量，是采用經(jīng)緯儀、水準儀、測距儀、全站儀等常規(guī)測量儀器測定點的變形值，其優(yōu)點是:①能夠提供變形體整體的變形狀態(tài)；②適用于不同的監(jiān)測精度要求、不同形式的變形體和不同的監(jiān)測環(huán)境；③可以提供絕對變形信息。但外業(yè)工作量大，布點受地形條件影響，不易實現(xiàn)自動化監(jiān)測。特殊測量手段包括應(yīng)變測量、準直測量和傾斜測量，它具有測量過程簡單、可監(jiān)測變形體內(nèi)部的變形、容易實現(xiàn)自動化監(jiān)測等優(yōu)點，但通常只能提供局部的和相對的變形信息。

2　GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用分析

（1）GPS變形監(jiān)測網(wǎng)靜態(tài)平差。GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的靜態(tài)平差是把各期的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)分別進行平差，解算時并不考慮相鄰兩期觀測數(shù)據(jù)之間的動態(tài)參數(shù)。在各種變形監(jiān)測工程中，針對周期性重復(fù)測量模式，一般采用靜態(tài)平差法；而對于不同的變形體和不同的監(jiān)測環(huán)境，可分別選擇經(jīng)典自由網(wǎng)平差、秩虧自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差進行整網(wǎng)的平差解算。

（2）GPS監(jiān)測網(wǎng)變形分析基準的統(tǒng)一。周期性重復(fù)測量模式下GPS監(jiān)測網(wǎng)觀測是分期進行的。由于各種誤差源的影響，導(dǎo)致各期基線向量之間可能存在系統(tǒng)性尺度和方位上的差異，如果解算時不考慮這種偏差，就有可能將其當作變形值來處理，從而導(dǎo)致變形分析結(jié)果出現(xiàn)錯誤，也就不能提供正確的決策依據(jù)。因此，解算時必須統(tǒng)一方位基準和尺度基準，常用的方法有多項式擬合法和坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換法等。

（3）建立GPS變形監(jiān)控在線實時分析系統(tǒng)。對于大壩、大型橋梁、高層建（構(gòu)）筑物、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測，研究建立技術(shù)先進而又實用的GPS變形監(jiān)控在線實時分析系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。這種系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析等幾個主要部分組成，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)得到及時地分析和處理，從而實時地評價變形的現(xiàn)狀和預(yù)測其發(fā)展趨勢，為災(zāi)害發(fā)生的可能性分析與預(yù)報提供科學(xué)依據(jù)，這對處于活躍階段的滑坡體變形及斷層的相對運動監(jiān)測具有特別重要的意義。由于建立連續(xù)運行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行大壩和滑坡等變形監(jiān)測，成本較為昂貴，因此，研究低成本的GPS一機多天線變形在線實時監(jiān)測分析系統(tǒng)也一個頗有實際意義的研究方向。

（4）建立“3S”（GPS、GIS、RS）集成變形監(jiān)測系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)、無線電通訊技術(shù)、空間技術(shù)及地球科學(xué)的迅猛發(fā)展，“3S”（GPS、GIS、RS）技術(shù)已從各自獨立發(fā)展進入相互集成融合的階段?！?S”技術(shù)集成，可為分析、研究包括變形信息在內(nèi)的各種災(zāi)變信息之間的相互關(guān)系提供技術(shù)支撐，特別是時態(tài)GIS（TemporalGIS，簡稱TGIS）技術(shù)的應(yīng)用，它可以描述四維空間的地質(zhì)現(xiàn)象，除具有一般GIS的功能外，還能夠記載研究區(qū)域內(nèi)各種地質(zhì)現(xiàn)象隨時間的演繹過程，這對滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報具有非常重要的作用。因此，研究“3S”集成變形監(jiān)測系統(tǒng)，也是變形監(jiān)測技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。

3　GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的發(fā)展趨勢

3.1健全GPS變形監(jiān)測的在線分析處理體系

在對大壩、橋梁、大型建筑物以及地殼運滑坡等自然災(zāi)害的監(jiān)測中，完善技術(shù)先進、使用方便的GPS變形監(jiān)測信息在線實時分析控制系統(tǒng)是目前變形監(jiān)測的一個重要發(fā)展趨勢。這一系統(tǒng)是由信心的采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析與處理幾個主要方面構(gòu)成的?？梢允贡O(jiān)測到的信息得到及時有效的處理與分析，從而對變形的現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢做出判斷，為可能發(fā)生的災(zāi)害提供預(yù)警參考信息，特別是對于處在地殼活動比較活躍地帶，以及易發(fā)生滑坡地區(qū)的地理變形監(jiān)測具有非常重要的意義。

3.2發(fā)展“3S”集成變形監(jiān)測系統(tǒng)

所謂的“3S”（GPS、GIS、RS）是指全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電磁遙感技術(shù)、地理資訊信息系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的代表。隨著計算機技術(shù)、無線電通信技術(shù)、空間技術(shù)和地球科學(xué)的發(fā)展，這些技術(shù)已經(jīng)從彼此獨立的狀態(tài)走向集成合作的發(fā)展道路，發(fā)展“3S”集成技術(shù)可以實現(xiàn)包括變形監(jiān)測在內(nèi)的各種災(zāi)害信息的有效分析和傳輸，各種技術(shù)之間互為支撐，可以實現(xiàn)全新的效果，特別是對GIS的應(yīng)用，可以描繪出四維空間的地質(zhì)變形現(xiàn)象，還可以對研究區(qū)域內(nèi)變形現(xiàn)像隨著時間變化而變形的過程做好記載，為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)控和預(yù)報提供可靠的參考材料。所以“3S”集成技術(shù)的發(fā)展是未來變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

4　結(jié)語

GPS技術(shù)在變形監(jiān)測項目中的發(fā)展趨勢要結(jié)合監(jiān)測對象和監(jiān)測目標的具體內(nèi)容而制定，研究并構(gòu)建實用性強且監(jiān)測技能表現(xiàn)突出的GPS實時在線監(jiān)測分析系統(tǒng)和綜合性集成綜合系統(tǒng)是當下變形監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的必經(jīng)之路。與傳統(tǒng)的地面監(jiān)測技術(shù)比較而言，GPS變形監(jiān)測技術(shù)有著十分明顯且獨特的優(yōu)越性能，成本費用的降低是該技術(shù)范疇內(nèi)不變的研究話題，筆者堅信，通過我們的不懈努力，我國的變形監(jiān)測技術(shù)一定會為國家的建設(shè)和社會的發(fā)展提供更多的力量，進而使得我們賴以生存的環(huán)境變得更加美好。

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X831［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-203-1