探究GPS變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

■丁毅

（青海省第一測繪院 青海 西寧810001）

探究GPS變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

■丁毅

（青海省第一測繪院 青海 西寧810001）

GPS全球定位系統(tǒng)具備高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)化程度高、全天候測量的特點(diǎn)，在變形監(jiān)測領(lǐng)域有著較為廣泛的的應(yīng)用。但是，現(xiàn)階段GPS變形測量技術(shù)也存在局限和不足。本文從GPS變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀展開論述，而后對(duì)GPS變形監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

GPS變形監(jiān)測現(xiàn)狀及趨勢

1 GPS變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

GPS變形監(jiān)測模式周期性監(jiān)測，如果形變體形變速率較小，可以將其處理為穩(wěn)定不動(dòng)，能夠通過GPS展開周期性變形監(jiān)測，監(jiān)測頻率由實(shí)際情況定為幾個(gè)月、一年甚至數(shù)年。此時(shí)通過GPS靜態(tài)相對(duì)定位法監(jiān)測，即把多臺(tái)GPS接收設(shè)備安裝在觀測點(diǎn)同步監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)段長度及次數(shù)依據(jù)對(duì)于監(jiān)測精度要求確定。通常情況下通過邊連接方式組成監(jiān)測網(wǎng)，而后展開數(shù)據(jù)處理分析，通過軟件解算基線，最后得到觀測點(diǎn)三維坐標(biāo)。上述方法邊長相對(duì)精度較高，適用于長邊監(jiān)測網(wǎng)、連續(xù)性監(jiān)測。即通過固定監(jiān)測設(shè)備展開長期數(shù)據(jù)采集，得到連續(xù)的變形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)。依據(jù)變形體的特點(diǎn)，GPS連續(xù)性監(jiān)測能夠利用動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位數(shù)據(jù)處理法開展觀測工作。例如，當(dāng)大壩在超出其正常水位蓄洪時(shí)，就需實(shí)時(shí)監(jiān)測其變形情況，這時(shí)的監(jiān)測系統(tǒng)就需具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理分析能力。對(duì)于高層建筑振動(dòng)測量工作，其目的是得到變形信息、變形特征，事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。在動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面，傳統(tǒng)方式是通過激光干涉儀、加速度計(jì)等等設(shè)備測定建筑物振動(dòng)特點(diǎn)，但是隨著社會(huì)的發(fā)展、高層建筑增多、對(duì)于監(jiān)測工作要求更加嚴(yán)格等等，傳統(tǒng)測量方法、技術(shù)已不能滿足要求。GPS在變形監(jiān)測和結(jié)構(gòu)特性動(dòng)態(tài)監(jiān)測有著較大優(yōu)越性。近年，GPS在國內(nèi)外各個(gè)領(lǐng)域也有著較廣泛的應(yīng)用，例如通過GPS技術(shù)對(duì)斜拉橋和大跨度懸索橋安裝GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，而后展開高頻率、連續(xù)的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而獲取監(jiān)測對(duì)象動(dòng)態(tài)信息特征。高采樣率衛(wèi)星接收設(shè)備的研發(fā)，使得研究建筑物動(dòng)態(tài)變形新型方法得以出現(xiàn)。

GPS數(shù)據(jù)處理法GPS變形監(jiān)測網(wǎng)解算基線及平差計(jì)算，現(xiàn)階段主要使用瑞士或者美國研制開發(fā)的軟件。上述軟件都是作為科研的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，有著極高的精度。數(shù)據(jù)處理分為兩方面：一是對(duì)于GPS原始數(shù)據(jù)處理之后得到基線解；二是對(duì)于各個(gè)同步觀測網(wǎng)解展開平差分析，得到GPS網(wǎng)整體解。數(shù)據(jù)處理核心對(duì)于同步觀測網(wǎng)基線進(jìn)行處理，但是在平差分析方面，現(xiàn)階段還未出現(xiàn)較為理想的方法。國內(nèi)較為先進(jìn)的GPS平差軟件有同濟(jì)大學(xué)研制開發(fā)的TG-PPS靜態(tài)定位處理軟件，上述軟件主要是完成基線處理后二維、三維GPS網(wǎng)的平差。

GPS變形監(jiān)測存在的問題GPS變形監(jiān)測，已經(jīng)取得矚目的成果。但是現(xiàn)階段，在地下、高山峽谷、密林深處等等區(qū)域，因?yàn)樾l(wèi)星信號(hào)較弱，其監(jiān)測精度不高、缺乏說服力，甚至無法開展監(jiān)測工作。通過GPS技術(shù)，僅僅可以獲得形變體上部離散點(diǎn)位移特征。此外，依據(jù)滑坡GPS監(jiān)測資料，其監(jiān)測垂直位移精度不高。因?yàn)镚PS技術(shù)存在上述缺點(diǎn)，并不能完全取締其他監(jiān)測技術(shù)。現(xiàn)階段，GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法僅僅達(dá)厘米級(jí)別精度，不能滿足變形監(jiān)測高精度的要求。此外，因?yàn)閯?dòng)態(tài)變形監(jiān)測的監(jiān)測點(diǎn)的形變很小，怎樣從收強(qiáng)噪音影響的數(shù)據(jù)中提取特征信息，進(jìn)而提升精度，是GPS變形監(jiān)測技術(shù)需要處理的問題。

2 GPS變形監(jiān)測技術(shù)發(fā)展前景

依據(jù)國內(nèi)外GPS變形監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀，能夠?qū)⑵浒l(fā)展前景分為以下方面：

建立實(shí)時(shí)分析處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)。對(duì)于高層建筑、大型橋梁、大壩、滑坡變形監(jiān)測，研制開發(fā)科學(xué)先進(jìn)的GPS變形監(jiān)測實(shí)時(shí)分析處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)是未來很長時(shí)間發(fā)展的重點(diǎn)。此系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析處理等部分組成，進(jìn)而使獲得的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)地得到分析處理，最后得出變形特征，分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生分析提供科學(xué)的依據(jù)。因?yàn)镚PS技術(shù)對(duì)滑坡、大壩展開變形監(jiān)測的成本較高，所以，低成本的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)是極具現(xiàn)實(shí)意義的研究方向。

建立3S集成變形監(jiān)測系統(tǒng)隨著無線電通訊技術(shù)、空間技術(shù)、地球科學(xué)、信息技術(shù)飛速發(fā)展，GPS、RS、GIS融合成為3S技術(shù)有著迅猛發(fā)展。3S技術(shù)為分析、研究變形信息之間的關(guān)系提供支持，尤其是時(shí)態(tài)技術(shù)應(yīng)用，能夠描述四維地質(zhì)現(xiàn)象，除了具備GIS常用功能外，還可以記錄監(jiān)測領(lǐng)域地質(zhì)現(xiàn)象隨著時(shí)間變化過程，對(duì)于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害可能性分析有著積極的意義。所以，研制開發(fā)3S變形監(jiān)測系統(tǒng)，是GPS變形監(jiān)測技術(shù)極具現(xiàn)實(shí)意義的發(fā)展趨勢之一。

建立綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)為了解決GPS技術(shù)變形監(jiān)測的局限性，依據(jù)變形監(jiān)測的目的，把GPS和特殊變形測量、攝影測量、SAR等變形測量技術(shù)整合成綜合系統(tǒng)，它夠?qū)⒆酉到y(tǒng)的優(yōu)勢互補(bǔ)。例如，將SAR和GPS集成的變形監(jiān)測網(wǎng)，能夠由離散點(diǎn)位測定至四維形變場，進(jìn)而擴(kuò)大GPS變形監(jiān)測應(yīng)用范圍?，F(xiàn)階段在水庫大壩、滑坡甚至板塊運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域研究都應(yīng)用GPS變形監(jiān)測技術(shù)。GPS變形監(jiān)測綜合系統(tǒng)在整體性強(qiáng)、范圍大的地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測中的應(yīng)用，極大提升地殼變形監(jiān)測的分辨能力和控制能力，為GPS變形測量綜合系統(tǒng)在大型工程中的監(jiān)測研究產(chǎn)生積極作用，推動(dòng)變形監(jiān)測研究想著高精度方向發(fā)展。

新型GPS動(dòng)態(tài)變形分析法為了處理信號(hào)時(shí)頻特征不能被描述的問題，能夠通過小波轉(zhuǎn)換多分辨率的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)變形信息、濾波的提取及分離不同變形頻率。利用小波變換提取變形信息目前處于研究初期，并未獲取重大研究成果。小波分析理論是大地測量理論重點(diǎn)研究方向之一，小波分析為了提取高精度變形特征提供數(shù)學(xué)依據(jù)，能夠處理其他分析方法無法高效解決的問題，在消除非平穩(wěn)信號(hào)噪音方面具備優(yōu)點(diǎn)。所以，小波分析理論在GPS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理方面有著不可或缺的作用。

3 結(jié)束語

GPS技術(shù)有著精度高、自動(dòng)化程度高、全天候測量的特點(diǎn)，在工程災(zāi)害監(jiān)測甚至地殼形變中有著廣泛的應(yīng)用。GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用，其發(fā)展趨勢是針對(duì)不同監(jiān)測目的和監(jiān)測對(duì)象，研制開發(fā)科學(xué)先進(jìn)的GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)、3S集成變形監(jiān)測系統(tǒng)、綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)、新型GPS動(dòng)態(tài)變形分析方法。GPS在滑坡體、大壩外觀變形監(jiān)測的應(yīng)用，相比于以往地面測量技術(shù)，有著獨(dú)特的優(yōu)勢，但是其成本較高，所以低成本GPS變形監(jiān)測技術(shù)的研究也是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。

[1]胡友健,梁新美,許成功等.論GPS變形監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J].測繪科學(xué), 2006,31(5):155-157.

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P228.4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-166-1