1、1GPS 定位技术在变形监测中的应用摘要：GPS 技术作为一种全新的现代空间定位技术，已经在许多的测量领域取代传统的光学和电子测量方法，变形监测领域也不例外。变形监测是监测形变体安全与否的重要手段，其主要任务是通过变形监测获取变形信息，然后对变形信息进行分析，对变形体的安全状况做出判断。GPS 以其高精度、全天候、自动化等诸多优点在变形监测领域得到了广泛的应用，成为大坝、大桥、滑坡以及高层建筑物变形监测中极其重要的测量手段。将 GPS 技术用于变形监测以及变形数据处理具有重要的理论意义和现实意义。 Abstract: the technology of GPS is a new modern
2、space positioning technology, has been used in many measurement field instead of the traditional optical and electronic measuring method, deformation monitoring field is no exception. Deformation monitoring is to monitor the deformable body safety and the important means, its main task is through de
3、formation monitoring to obtain deformation information, then the deformation information analysis, the deformation body safety status judgment. GPS with its high accuracy, all-weather, automation and many other advantages in deformation monitoring is applied widely, becoming dam, bridge, landslide a
4、nd high-2rise building deformation monitoring plays an important role in measuring means. GPS technology for deformation monitoring and deformation data processing has the important theory significance and the practical significance. 关键词：GPS；定位技术；变形监测 Key words: GPS; positioning technology; deformat
5、ion monitoring 中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 一、 GPS 定位系统的特点 GPS 全球定位系统主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS 作为一种导航定位系统、一种新兴的前沿技术，较常规测量技术有巨大的优越性，以其定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作简便、仪器操作简便、可提供全球统一的三维地心坐标、应用广等特点著称。 二、 GPS 测量定位理论基础 1. GPS 测量定位原理 GPS 观测量，是用户利用 GPS 定位的重要依据之一。目前在 GPS 定位测量中，广泛采用的观测量方法为码伪距和载
6、波相位。前者也被称为时间延迟测量，是指对 GPS 卫星发射的测距信号（ C/A 码或 P 码）到达用户接收机天线（观测站）的传播时间进行观测的方法；后者是对3接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号，与接收机产生的参考载波信号之间的相位差进行观测。载波相位的观测精度远较码相位的观测精度高。 2. GPS 测量方式 GPS 定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。GPS 定位方法可依据不同的分类标准， 根据定位所采用的观测量分为伪距定位和载波相位定位；根据定位的模式分为绝对定位（单点定位）和相对定位（差分定位） ；根据获取定位结果的时间分为实时定位和非实时定位；根据定位时
7、接收机的运动状态分为动态定位和静态定位。 三、GPS 测量的误差分析 GPS 测量的误差来源于 GPS 卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。在高精度的 GPS 测量中，还应考虑与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等。下面对影响观测量的主要三类误差来源作简单介绍 1. 与卫星有关的误差 与卫星有关的误差主要包含俩种：卫星钟差和卫星轨道偏差。前者由于在 GPS 的定位观测时卫星钟与接收机钟没有按照理想的严格保持同步而产生的误差，可以通过钟差模式进行改正，经修正后的卫星钟残差和接收钟差可通过观测值求差的方法消除；后者是指卫星星历所表示的轨道与卫星真实轨道的差异，克服该误差的方法之一是
8、采用精密星历，4即全球 GPS 跟踪网所获得的精密卫星轨道。 2. 卫星信号的传播误差 卫星信号的传播误差主要由以下三方面构成：电离层折射的影响，对流层折射的影响和路径效应影响。电离层折射误差是由于信号的传播时间乘以真空中的光速而得到的距离不等于卫星至接收机间的几何距离所产生的，通常采用升高卫星高度角的截止限值、双频观测、同步观测值求差、利用电离层模型加以修正等方法来减弱电离层折射；对流层折射误差产生的原因是 GPS 信号通过对流层时，使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差，可以通过对流层模型加以改正；多路径效应是在 GPS 测量中，被测站附近的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机
9、天线，将和直接来自卫星的信号产生干涉，从而使得观测值偏离真值，可以采用适当延长观测时间、选择合适的接受天线环境等方法来减弱影响。 3. 与接收设备有关的误差 与接收设备有关的误差主要有观测误差、载波相位观测的整周模糊度、天线的相位中心位置偏差这三方面有关。 四、GPS 技术应用于变形监测 1. GPS 在高层建筑监测中的应用 随着社会和经济建设的发展，建筑物的造型日趋复杂，并朝大高度发展，新型建筑物的安全状态如何已成为工程界和学术界的热门研究课题。美国工程兵测绘研究所于 1988 年就研制了一种近似实时监测的连5续监测系统 CDMS，成功地将 GPS 用于大型建筑物的形变监测。特别是高采样率
10、GPS 接收机的出现，使其成为研究各种工程建筑物动态变形特征的新方法。 2. GPS 用于桥梁健康监测 GPS 作为一种新变形监测方法，在大型桥梁结构动态特性的变形监测方面已表现出独特的优越性。在大跨度悬索桥变形监测方面，广州虎门大桥、香港青马大桥等均采用 GPS 进行监测，为了监测到台风、地震、车载及温度变化对桥梁位移产生的影响，了解掌握大桥的安全特性，采用 GPS 实时动态测量技术，利用 7 台 GPS 接收机全天候 24 小时测量悬索桥关键点的三维位移，通过计算机处理、分析、积累有关数据，进一步找出了大桥三维位移的特性规律，为大桥的安全营运、维修养护提供了重要参数和指导作用。证明应用 G
11、PS 监测大型桥梁的动态特性是可行的。 3. GPS 在滑坡监测中的应用 河海大学的何秀凤教授和西南交通大学的黄丁发教授等分别将 GPS 多天线技术成功应用于滑坡变形监测。GPS 用于滑坡监测可以克服传统测量的缺陷，同时测定三维坐标，测量精度高且均匀，效益显著。现在我国很多地方都利用了 GPS 技术进行滑坡监测，例如宝塔滑坡、长江三峡库区黄蜡石滑坡等地段。 4. GPS 在地面沉陷监测中的应用 大规模地开采矿区及抽取地下水是随着现代化经济快速增长和城市化进程的急速加快所产生后果，其必然会造成地表移动和变形，通过大6量测量实验证明采用 GPS 直接监测地表的三维变形是可行的，而且也是很经济有实效
12、的。 5. GPS 在大坝变形监测方面 近十年来，国内外不少单位，应用 GPS 定位技术监测大坝整体变形取得了良好的效果。系统由数据采集、数据传输、数据处理与分析三大部分组成。GPS 技术已经成为大坝安全预警系统中的一个重要技术环节，其定位精度高，不需要通视，可以在无人值守的情况下 24 小时连续监测。在大坝变形监测方面，我国已成功地建立一批 GPS 自动化监测系统。在青江隔河岩大坝建立的 GPS 自动化变形监测系统，其水平分量和垂直分量的精度达到 1.0mm 和 1.5mm。 参考文献： 1 于捷杰. GPS 多天线变形监测系统研究与实现 D. 南京航空航天大学, 2008. 2 赵宜行.
13、GPS 变形监测技术及其数据处理方法研究D. 西安科技大学, 2009. 3 杨艳锋. GPS 定位技术在变形监测中的应用D. 昆明理工大学，2007. 4 李征航. GPS 定位技术在变形监测中的应用J. 全球定位系统，2001. 5 李旋. GPS 动态变形监测数据的多尺度分析D. 中南大学,2007. 76 姜春才，王春耀，王冬. GPS 定位技术在高层建筑物平面变形监测中的应用J. 2011 全国矿山测量新技术学术会议论文集, 2011 7 申小平，曹豪荣，唐钱龙. GPS 定位技术在建筑物变形监测中的应用J. 土工基础，2012 年，第 02 期. 8 李黎. GPS 技术在变形监测中的应用及发展趋势 J. 勘察科学技术，2012 年，第 02 期
