GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用 摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，測繪技術(shù)也在發(fā)生著日新月異的變化。其中全球定位系統(tǒng)（GPS）一經(jīng)出現(xiàn)便以其連續(xù)、實(shí)時(shí)、定位精度高、全天候作業(yè)和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)對整個(gè)測繪行業(yè)產(chǎn)生了革命般的影響。目前GPS技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于大壩變形監(jiān)測、滑坡變形監(jiān)測、礦區(qū)變形監(jiān)測、橋梁變形監(jiān)測和高層建筑物變形監(jiān)測等各個(gè)變形監(jiān)測領(lǐng)域中。本文將就GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行介紹。 關(guān)鍵詞：GPS；變形監(jiān)測；應(yīng)用。 引 言：GPS出現(xiàn)后解決了常規(guī)變形監(jiān)測中需要多種觀測的問題，并且該技術(shù)可對大型建筑物位移進(jìn)行監(jiān)測,具有受外界影響小、自動(dòng)化程度高、速度快、精度

2、較高等優(yōu)點(diǎn)，可以全天候測量被測物體各測點(diǎn)的三維位移變化情況,找出被測物體三維位移的特性規(guī)律，為大型建筑物的安全營運(yùn)、維修養(yǎng)護(hù)提供重要的參數(shù)和指導(dǎo)。因此GPS技術(shù)被廣泛應(yīng)用于了變形監(jiān)測工作中。 一、常規(guī)的變形監(jiān)測技術(shù) 在GPS出現(xiàn)之前，變形監(jiān)測工作主要是靠常規(guī)的變形監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行。常規(guī)的變形監(jiān)測技術(shù)是指采用水準(zhǔn)儀、全站儀、經(jīng)緯儀和測距儀等常規(guī)的測量設(shè)備對點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行測量以獲取其變形值。這種測量方法可以適用于不同精度的監(jiān)測要求、不同的監(jiān)測環(huán)境和各種變形體；并且能夠提供絕對的變形信息。但是相對于優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯：外業(yè)工作量大, 布點(diǎn)受地形條件影響, 不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測。 二、攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測工

3、作中的應(yīng)用攝影測量技術(shù)也是在近幾十年興起的技術(shù)，其包括地面攝影測量技術(shù)和航空攝影測量技術(shù)兩種。對于攝影測量技術(shù)，近十幾年來興起的近景攝影測量技術(shù)設(shè)計(jì)被廣泛的應(yīng)用到了變形監(jiān)測工作中。與其它的測量手段相比，近景攝影測量是通過攝影測量的手段對監(jiān)測目標(biāo)進(jìn)行攝像，并根據(jù)像片所提供的信息來判斷被監(jiān)測目標(biāo)是否發(fā)生了變形。相對于其他的橋梁變形監(jiān)測方法，近景攝影測量具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.可以在瞬間記錄下監(jiān)測目標(biāo)的信息，得到瞬時(shí)的相對點(diǎn)位信息。2.對于不同的作業(yè)目的可以采用不同作業(yè)方法，具有很大的靈活性。3.在具有同步裝置的條件下可以對動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行測量。4.對控制點(diǎn)的布設(shè)和精度要求較高，但是和傳統(tǒng)的大地測量方法相比，

4、外業(yè)工作量被大大減小。5.相片可以長期的保存，有助于檢查、分析和對比。近幾年發(fā)展起來的數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù), 也在建筑物及滑坡等變形監(jiān)測中得到了成功的應(yīng)用,并顯示出良好的應(yīng)用前景。此外, 空中攝影測量技術(shù)亦在較大范圍的地面變形監(jiān)測中得到了應(yīng)用。但由于攝影距離不能過遠(yuǎn), 且大多數(shù)的測量部門不具備攝影測量所需的儀器設(shè)備, 攝影測量技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用尚不普及。 三、GPS在變形監(jiān)測工作中的應(yīng)用 隨著世界上各個(gè)國家對于全球定位系統(tǒng)的研究，如今GPS的基線精度已經(jīng)達(dá)到了。目前GPS在變形監(jiān)測工作中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：1.利用GPS技術(shù)解決了常規(guī)觀測中需要多種觀測的問題,觀測結(jié)果能充分反映滑坡的全方

5、位活動(dòng)性,是監(jiān)測滑坡變形、掌握滑坡發(fā)育規(guī)律的切實(shí)可行的技術(shù)；2.該技術(shù)具有速度快、自動(dòng)化程度高、精度高、實(shí)時(shí)監(jiān)測和受外部影響小等優(yōu)點(diǎn)，可以對大型建筑物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，全天候的測量目標(biāo)物體各監(jiān)測點(diǎn)的位移變化情況，為大型建筑物的安全營運(yùn)、維修養(yǎng)護(hù)提供重要的參數(shù)和指導(dǎo)；3.GPS精密定位技術(shù)不僅可以滿足水庫大壩外觀變形監(jiān)測工作的精度要求,而且有助于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作的自動(dòng)化。 基于GPS技術(shù)的變形監(jiān)測理論與方法，是當(dāng)前廣泛采用的變形監(jiān)測新方法、新技術(shù)之一。GPS衛(wèi)星定位技術(shù)相比于傳統(tǒng)的測繪作業(yè)方法與模式有著顯著的特點(diǎn)和優(yōu)越性，其優(yōu)越的性能及廣泛的適用性，是常規(guī)測量作業(yè)難以比擬的。GPS以其全天候、高精度、高

6、效率、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今極為重要的監(jiān)測手段之一。如今，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用與地殼運(yùn)動(dòng)觀測，區(qū)域地面沉降監(jiān)測，礦區(qū)、壩區(qū)邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，橋梁大壩及其他大型工程形變監(jiān)測等諸多方面并取得了一系列成果，在實(shí)踐中逐步發(fā)展、完善，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。將GPS技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程的變形監(jiān)測方面，國內(nèi)外開展了廣泛的研究和試驗(yàn)。 在工程測量方面，應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。加密測圖控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（簡稱RTK）測繪各種比例尺地形圖和用于工程建設(shè)中的施工放樣。 在地球動(dòng)力學(xué)方面，GPS技

7、術(shù)用于全球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測和區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測。我國已開始運(yùn)用GPS技術(shù)監(jiān)測南極洲板塊運(yùn)動(dòng)、青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)、四川鮮水和地殼斷裂運(yùn)動(dòng)，建立了中國地殼形變觀測網(wǎng)、三峽庫區(qū)形變觀測網(wǎng)、首都圈GPS形變監(jiān)測網(wǎng)等。GPS技術(shù)已經(jīng)用于海洋測量、水下地形測繪。此外，在軍事國防、智能交通、郵電通信，地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、環(huán)境監(jiān)測、金融、公安等部門和行業(yè)，在航空航天、測時(shí)授時(shí)、物理探礦、姿態(tài)測定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用。 四、GPS在變形監(jiān)測中的優(yōu)點(diǎn)利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測具有下列優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用，成為變形監(jiān)測中的一種新的有效手段。 （1） 測站間無需保持通視

8、。由于GPS定位時(shí)測站間無需保持通視，從而可使變形監(jiān)測的布設(shè)更為自由、方便，并可省去不少中間傳遞過度點(diǎn)，節(jié)省大量費(fèi)用。 （2） 能同時(shí)測定點(diǎn)的三維位移。采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形監(jiān)測時(shí)，平面位移通常是采用正錘線、倒錘線、邊角導(dǎo)線、方向交會(huì)、距離交會(huì)和全站儀極坐標(biāo)法等方法來測定的，而垂直位移則一般采用精密水準(zhǔn)測量、液體靜力水準(zhǔn)測量、傾斜儀等手段來測定。水平位移和垂直位移的分別測定不僅增加了工作量，而且監(jiān)測的時(shí)間和點(diǎn)位也不一定一致，從而增加了變形分析的難度。 （3） 全天候觀測。GPS測量不受氣候條件的限制，在風(fēng)雪雨霧中仍能進(jìn)行正常觀測。配備防雷電設(shè)施后變形監(jiān)測系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)全天候觀測。這一點(diǎn)對于防汛抗洪

9、、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域來講顯得特別重要。 （4） 易于實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動(dòng)化。由于GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)采集工作是自動(dòng)進(jìn)行的，而且又為用戶預(yù)留了必要的接口，故用戶可以較為方便的把GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)建成無人值守的自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析、報(bào)警到入庫的全自動(dòng)化。有必要時(shí)，用戶可以很方便的從控制中心的辦公室來觀看每臺(tái)GPS接收機(jī)的板面信息，也可以在辦公室中發(fā)布命令來更改數(shù)據(jù)采樣率、時(shí)段長度和截至高度角等設(shè)置。這對于長期連續(xù)運(yùn)行的監(jiān)測系統(tǒng)是很重要的，可降低監(jiān)測成本，提高監(jiān)測資料的可靠性。 （5） 可消除或削減系統(tǒng)誤差的影響。在變形監(jiān)測中我們關(guān)心的是在兩期變形監(jiān)測中所求的的

10、變形監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)之間的差異，而不是變形監(jiān)測點(diǎn)本身的坐標(biāo)。兩期變形監(jiān)測中所含的共同的系統(tǒng)誤差雖然會(huì)分別影響兩期的坐標(biāo)值，但卻不會(huì)影響所求的的變形量。也就是說在變形監(jiān)測中，接收機(jī)天線的對中誤差、整平誤差、定向誤差、量取天線高的誤差等并不會(huì)影響變形監(jiān)測的結(jié)果，只要天線在監(jiān)測過程中能保持固定不動(dòng)即可。同樣GPS變形監(jiān)測網(wǎng)中的起始坐標(biāo)的誤差，數(shù)據(jù)處理中所用的定位軟件本身的不完善以及衛(wèi)星信號(hào)在大氣層的傳播誤差（電離層延遲、對流層延遲、多路徑誤差等）中的公共部分的影響也可得以消除或削弱。 五、GPS在變形監(jiān)測中的缺點(diǎn)當(dāng)然, 利用GPS 定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測時(shí), 也存在某些不足之處, 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

11、 (1) 點(diǎn)位選擇的自由度較低。為保證GPS測量的正常進(jìn)行和定位精度，在GPS測量規(guī)范中對測站的選擇作出了一系列的規(guī)定，如測站周圍高度角15°以上不允許存在成片的障礙物，測站離大型發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓線及微波信號(hào)發(fā)射臺(tái)、轉(zhuǎn)播臺(tái)等有一定的距離（例如200m400m），測站周圍也不允許有房屋、圍墻、廣告牌、大面積水域等反射信號(hào)物，以避免多路徑誤差等。但在變形監(jiān)測中上述要求往往難以滿足, 因?yàn)楸O(jiān)測點(diǎn)的位置通常是由業(yè)主單位依據(jù)大壩、橋梁、大型廠房等監(jiān)測物的建筑結(jié)構(gòu)和受力情況而確定的, 或由地質(zhì)人員依據(jù)滑坡、斷層等地質(zhì)構(gòu)造而定的, 變動(dòng)的余地很小。 (2) 從整體上講觀測條件往往較差。如在長江

12、三峽進(jìn)行滑坡監(jiān)測時(shí)，視場往往很狹窄，大量衛(wèi)星被遮擋，切多路徑誤差嚴(yán)重。如在大壩上進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，由于大壩的一側(cè)為大水庫而另一側(cè)則為山地等，自然地理環(huán)境和植被的明顯差別往往會(huì)導(dǎo)致大壩兩側(cè)的大氣狀況（溫度、濕度等）產(chǎn)生明顯的差異，從而影響對流層延遲改正的精度。 (3) 函數(shù)關(guān)系過于復(fù)雜，誤差源多。與正倒錘等變形監(jiān)測手段相比，GPS定位的函數(shù)關(guān)系要復(fù)雜的多，涉及的誤差源也要多得多。在GPS定位中基準(zhǔn)站和變形監(jiān)測點(diǎn)間的坐標(biāo)差是依據(jù)兩站的載波相位觀測值和衛(wèi)星星歷經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算后得到的。定位結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差和接收機(jī)鐘鐘誤差、對流層延遲、電離層延遲、多路徑誤差、接收機(jī)測量噪聲以及數(shù)據(jù)處理軟件本身的質(zhì)量等多種因素的影響。在數(shù)據(jù)處理過程中，還將涉及周跳的探測及修復(fù)、整周模糊度的確定等一系列問題。其中任一環(huán)節(jié)處