探究GPS變形監測技術現狀及發展趨勢

■丁毅

（青海省第一測繪院 青海 西寧810001）

探究GPS變形監測技術現狀及發展趨勢

■丁毅

（青海省第一測繪院 青海 西寧810001）

GPS全球定位系統具備高精度、實時、連續、自動化程度高、全天候測量的特點，在變形監測領域有著較為廣泛的的應用。但是，現階段GPS變形測量技術也存在局限和不足。本文從GPS變形監測技術現狀展開論述，而后對GPS變形監測技術發展趨勢進行分析。

GPS變形監測現狀及趨勢

1 GPS變形監測技術現狀

GPS變形監測模式周期性監測，如果形變體形變速率較小，可以將其處理為穩定不動，能夠通過GPS展開周期性變形監測，監測頻率由實際情況定為幾個月、一年甚至數年。此時通過GPS靜態相對定位法監測，即把多臺GPS接收設備安裝在觀測點同步監測，監測時段長度及次數依據對于監測精度要求確定。通常情況下通過邊連接方式組成監測網，而后展開數據處理分析，通過軟件解算基線，最后得到觀測點三維坐標。上述方法邊長相對精度較高，適用于長邊監測網、連續性監測。即通過固定監測設備展開長期數據采集，得到連續的變形數據，數據有高時間分辨率的特點。依據變形體的特點，GPS連續性監測能夠利用動態相對定位和靜態相對定位數據處理法開展觀測工作。例如，當大壩在超出其正常水位蓄洪時，就需實時監測其變形情況，這時的監測系統就需具備數據實時傳輸及數據實時處理分析能力。對于高層建筑振動測量工作，其目的是得到變形信息、變形特征，事后進行數據處理分析。在動態監測方面，傳統方式是通過激光干涉儀、加速度計等等設備測定建筑物振動特點，但是隨著社會的發展、高層建筑增多、對于監測工作要求更加嚴格等等，傳統測量方法、技術已不能滿足要求。GPS在變形監測和結構特性動態監測有著較大優越性。近年，GPS在國內外各個領域也有著較廣泛的應用，例如通過GPS技術對斜拉橋和大跨度懸索橋安裝GPS實時監測系統，而后展開高頻率、連續的數據采集，進而獲取監測對象動態信息特征。高采樣率衛星接收設備的研發，使得研究建筑物動態變形新型方法得以出現。

GPS數據處理法GPS變形監測網解算基線及平差計算，現階段主要使用瑞士或者美國研制開發的軟件。上述軟件都是作為科研的GPS數據處理軟件，有著極高的精度。數據處理分為兩方面：一是對于GPS原始數據處理之后得到基線解；二是對于各個同步觀測網解展開平差分析，得到GPS網整體解。數據處理核心對于同步觀測網基線進行處理，但是在平差分析方面，現階段還未出現較為理想的方法。國內較為先進的GPS平差軟件有同濟大學研制開發的TG-PPS靜態定位處理軟件，上述軟件主要是完成基線處理后二維、三維GPS網的平差。

GPS變形監測存在的問題GPS變形監測，已經取得矚目的成果。但是現階段，在地下、高山峽谷、密林深處等等區域，因為衛星信號較弱，其監測精度不高、缺乏說服力，甚至無法開展監測工作。通過GPS技術，僅僅可以獲得形變體上部離散點位移特征。此外，依據滑坡GPS監測資料，其監測垂直位移精度不高。因為GPS技術存在上述缺點，并不能完全取締其他監測技術。現階段，GPS動態變形監測數據分析方法僅僅達厘米級別精度，不能滿足變形監測高精度的要求。此外，因為動態變形監測的監測點的形變很小，怎樣從收強噪音影響的數據中提取特征信息，進而提升精度，是GPS變形監測技術需要處理的問題。

2 GPS變形監測技術發展前景

依據國內外GPS變形監測技術現狀，能夠將其發展前景分為以下方面：

建立實時分析處理數據系統。對于高層建筑、大型橋梁、大壩、滑坡變形監測，研制開發科學先進的GPS變形監測實時分析處理數據系統是未來很長時間發展的重點。此系統是由數據采集、傳輸、分析處理等部分組成，進而使獲得的數據能夠及時地得到分析處理，最后得出變形特征，分析地質災害發生分析提供科學的依據。因為GPS技術對滑坡、大壩展開變形監測的成本較高，所以，低成本的GPS實時監測系統是極具現實意義的研究方向。

建立3S集成變形監測系統隨著無線電通訊技術、空間技術、地球科學、信息技術飛速發展，GPS、RS、GIS融合成為3S技術有著迅猛發展。3S技術為分析、研究變形信息之間的關系提供支持，尤其是時態技術應用，能夠描述四維地質現象，除了具備GIS常用功能外，還可以記錄監測領域地質現象隨著時間變化過程，對于滑坡等地質災害可能性分析有著積極的意義。所以，研制開發3S變形監測系統，是GPS變形監測技術極具現實意義的發展趨勢之一。

建立綜合變形監測系統為了解決GPS技術變形監測的局限性，依據變形監測的目的，把GPS和特殊變形測量、攝影測量、SAR等變形測量技術整合成綜合系統，它夠將子系統的優勢互補。例如，將SAR和GPS集成的變形監測網，能夠由離散點位測定至四維形變場，進而擴大GPS變形監測應用范圍。現階段在水庫大壩、滑坡甚至板塊運動領域研究都應用GPS變形監測技術。GPS變形監測綜合系統在整體性強、范圍大的地殼運動監測中的應用，極大提升地殼變形監測的分辨能力和控制能力，為GPS變形測量綜合系統在大型工程中的監測研究產生積極作用，推動變形監測研究想著高精度方向發展。

新型GPS動態變形分析法為了處理信號時頻特征不能被描述的問題，能夠通過小波轉換多分辨率的特點，實現GPS監測數據變形信息、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研究方向之一，小波分析為了提取高精度變形特征提供數學依據，能夠處理其他分析方法無法高效解決的問題，在消除非平穩信號噪音方面具備優點。所以，小波分析理論在GPS變形監測數據分析處理方面有著不可或缺的作用。

3 結束語

GPS技術有著精度高、自動化程度高、全天候測量的特點，在工程災害監測甚至地殼形變中有著廣泛的應用。GPS在變形監測中的應用，其發展趨勢是針對不同監測目的和監測對象，研制開發科學先進的GPS實時監測系統、3S集成變形監測系統、綜合變形監測系統、新型GPS動態變形分析方法。GPS在滑坡體、大壩外觀變形監測的應用，相比于以往地面測量技術，有著獨特的優勢，但是其成本較高，所以低成本GPS變形監測技術的研究也是當下研究的熱點。

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P228.4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-166-1