GPS变形监测技术的现状及未来发展

GPS变形监测技术的现状及未来发展

张涛

（广西安科岩土工程有限责任公司）

摘要：在重大灾害发生的时候，从破坏本质上讲，是由于积压所造成的物理形变给人们的生命以及财产造成的重大伤害，其中比较典型的重大灾害当属地震、泥石流滑坡、桥梁坍塌等等。鉴于变形性灾害给人们生活带来的严重损失，国内外政府以及相关部门都在致力于研究变形监测技术近些年来，由于全球科技水平的大踏步前进，变形监测技术受到了前所未有的重视与技术上的发展，GPS与变形监测技术的融合就是其中最为有效的发展成果GPS就是我们常说的全球定位系统，作为上个世纪最为重要的精密定位科技成果，它以勘测速度快、定位范围广、数据自动化等特点而闻名全球，在众多定位研究方面均做出了重大的贡献现今，以GPS技术为核心的变形监测技术虽然得到了先进科技手段的支持，但是在许多细节方面还是存在着不足和有待改进的地方。

关键词：GPS技术；变形监测；发展趋势；移动终端

1概述

在数据探测领域，变形监测技术是一项全面的、系统的监测技术除了本文主要研究的GPS技术之外，覆盖范围极大的大地测量技术、专业领域的特殊变形测量技术、适用范围广泛的摄影测量技术都是变形监测技术所包含的技术类型。大地测量技术是最为传统的测量技术，主要采用经纬仪、水准仪、测距仪等设备获取某个特定点的变形值GPS技术的出现不仅打破了传统测量技术在设备上的束缚，在变形监测领域更是掀起了一场技术革命GPS变形监测技术的首次问世是在20世纪80年代初的美国，在未来的十年间，众多发达国家纷纷投身于GPS变形监测系统的研究与发展中，并把它作为监测以及预防灾害的最为有效的方法和手段。GPS变形监测技术在我国的发展也比较早，监测网就已经建立完成在90年代初期，大面积的GPS。经过多年的修改和修复，GPS监测网在我国得到了长足的发展和进步，建立了定量的地壳运动速度场。

2GPS变形监测的概要

2.1有关GPS变形监测的模式

当变形体的变形速率缓慢时，或者在当地的空间范围和时间范围内有细微的差距出现时，我们能够使用GPS变形监测，而监测的周期频率所需要的时间有长有短，可以是一个月甚至是多年，它的监测对象可以是滑坡体、地震活跃区、大坝等。我们需要计算测量同一个测量监测点在两个或多个观测周期之间的变化大小来确定情况。或者使用GPS静态相对定位测量方法，用两个或两个以上的GPS接收器放置在观测点，同时观察一段时间。

2.2GPS变形监测数据处理

GPS监测中所需要进行的数据处理主要是针对监测网的解算和平方差计算。其中与瑞士伯恩大学和GAMITGLOBK软件开发的软件伯恩的技术麻省理工学院计算GPS基准网基线，使用IGS精密星历。该软件的调整主要是采用动乐科研办公软件，最初由测绘GPSADJ一系列的调整处理软件和同济大学TGPPS静态定位后处理软件的武汉科技大学开发的。此类软件以两个不同的方面对GPS进行数据处理，首先是原始数据处理的GPS基线解算，获得同步观测，二是解决了同步的整体调整和分析，获得GPS网络的整体解决方案。对于监测点的计算，可以选择“中直接提取变形GPS高精度计算软件”。

2.3GPS变形监测问题

GPS变形监测并非是完美无缺，在许多方面也有不足，以下便是存在的几个问题：（1）因为卫星信号受到遮挡从而导致信息无法得到有效的接收，所以GPS变形监测的精确性和安全性不一定可靠。（2）当利用GPS点进行变形监测时，仅仅可以得到变形体的离散点数据，不能够得到其表面的全部数据。（3）到现在为止，GPS的监测水准在水平方向和垂直方向精确度不同，二者中水平方向位移的精确度很高，然而它在垂直方向上位移的精度很差，所以不适合测量在水平位移和垂直位移上都有极高要求的变形体。由此可见，GPS变形监测在不少方面有缺陷，在使用时要实际情况为主，再以RS、GIS等技术作为辅助，借此来加强监测精准度。

3GPS变形监测技术现状

3.1在线实时分析系统

在GPS、无线电传输及GIS，RS等技术不断缺的进步的情况下，在针对山体滑坡和区域性地壳变形、多层建筑的监测，着手创立实时的在线动态变形监测分析系统是一个非常重要且极为明智的选择。在线动态变形监测分析系统是通过采集数据、有线传输、数据无线和数据分析处理等方面组成。它可以通过动态监测，借助无线电的传输技术，适时地将信息传输到终端，并且可以借助GIS进行数据处理，从而得到动态实时分析变形的结果，进而得出分析变形的规律、现状与它的发展方向，以真实可靠的科学依据实现了防灾减灾。此外，由于不少的学者使用VisualBasic6.0可视化的工具，从而实现GPS与GIS的相互融合优势互补。进而使得远程变形监测智能预警系统成功的建立。

3.2结合小波分析GPS变形监测

GPS在应用于大型建筑、水利设施形变监测时，受到外界各种噪音的影响，给测量结果带来一定的误差，使得变形监测结果存在一种多波段的混合波，严重影响了监测结果的精

度。为了克服经典Fourier分析不能描述信号时频特征的缺陷，可利用小波变换在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率、在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率的特点，将其运用到GPS动态变形分析，实现GPS动态监测数据的滤波、变形特征信息的提取以及不同变形频率的分离。通过研究发现了小波分析能有效处理监测数据中的粗差识别和噪声处理，对于大坝后期变形特征提取效果较好，处理后的数据具有规律、直观，能够直接反映变形体变形趋势。

3.3建立3S集成变形监测系统

为了克服GPS变形监测中信号差和垂直位移监测精度低，噪音干扰等问题的局限性，所以，根据变形监测的特定对象，GPS技术可以用RS和GIS技术相结合，3秒一体化集成变形监测体系的建立。技术如GPS和INSAR技术的综合建筑变形监测系统，实现全动态测量精度四维变形（X，Y，Z，T），已应用于变形监测的高速公路采空区。GPS和GLONASS组合定位，计算双差模糊的定位，引入相对定位精度，提高定位精度的可靠性。

4GPS变形监测发展趋势

变形监测精度要求开始愈发的严格，现代网络信息化技术与GPS技术的发展又加剧了这一要求，当前使用的监测技术已经无法满足逐步严格的精度要求。因而目前GPS变形监测发展的主流是以GIS、RS、GPS等3S技术与Web动态监测、三维可视化监测等技术为基础相互结合，形成优势互补。

4.1建立GPS变形监控在线实时分析系统

与在线实时分析系统的相互融合是GPS变形监测监控系统在不远的将来的一种不可阻挡的发展方向。GPS变形监控在线实时分析系统的出现的原因有很大一部分是由于与高层建筑等地区需要GPS变形监控以及桥梁的越来越多而造成的。而且以实时性为核心技术基础的在线实时监控系统，它的主要特色便是依赖高速、强大的数据库在信息获取和传输以及信息的处理方面给予高度支持。

4.2基于web动态监测

当今社会是一个网络化的社会，在当今的社会中，我们可以把有关GPS变形监测的数据与分析结果发布到互联网上，与此同时我们还可以上传有关变形监测的变形速率、曲线图及各种结果的预测分析，真正的达到智能化的目标，人们此时真正能够在互联网的蝮蛇网中可以随时随地的具体了解变形体的整个变形过程。

4.3四维监测信息可视化表达

三维可视化技术实现了真正的发展，取得了质的飞跃，三维可视化技术，顾名思义它是一种在经过对地表、地面、地下等三方面的信息进行收取后，通过利用电脑软件分析数据从而构建三维模型的技术。它实现了对监测对象进行三维立体的全方位的观察。此外，在针对之前大量的数据资料进行分析后，可以在时间轴上分析预测等技术，得到可视化三维预测的结果，满足了监测在X、Y、Z、T四维

的可视化表达的要求。实现了预警预报模型的建立和对危害范围进行四维可视化分析。达到了更为立体真实的动态实时变形监测。

4.4移动端实时监测

随着无线网络技术快速发展，智能手机、ipad、平板等数码设备的功能也越来越强，开发实时在线预警预报App，利用无线网络传输监测数据结果，通过APP软件软件预报分析，

实现大众掌握形变体变形结果，向全社会提供安全监测的信息服务，从而更为有效地缩短了反馈给受害人群的时间，为城市应急防灾提供了重要技术支撑，达到了真正意义上的快速防灾减灾动态监测。

5结束语

作为一种将全天候、高精度、自动化、高速度等诸多优点集于一身的GPS技术，毫无疑问，在针对地壳运动、地质灾害、水库工程、高层建筑等的变形监测中GPS具有不容置疑的作用，但是GPS并非完美无缺，它在高密物体覆盖区信号会变差，在垂直位移监测时精度不准确，甚至GPS会有噪声干扰问题的局限性，此类情况的层出不穷，促使了GPS与遥感、地理信息系统技术等技术互相补充，从而真正的达到了实时动态的高精度变形监测的任务。GPS技术在其他技术的出现发展中，不断的汲取优点，形成优势互补，实现了有效集成。GPS能够充分直观、快速的达到防灾、减灾、预警、预报四维一体的检测，有效的提供了有关城市应急的技术支持。

参考文献：

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