GS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

第5章GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用主要內(nèi)容概述GPS定位基本原理GPS實(shí)時監(jiān)測技術(shù)GPS一機(jī)多天線監(jiān)測技術(shù)5.1概述全球定位系統(tǒng)(GPS)作為20世紀(jì)一項(xiàng)高新技術(shù)，具有速度快、全天候、自動化、測站間無需通視、可同時測定點(diǎn)的三位坐標(biāo)及精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛應(yīng)用。目前，GPS精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛地滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，對經(jīng)典大地測量學(xué)的各個方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。它在大地測量學(xué)及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，如地球動力學(xué)、海洋大地測量、地球物理探測、資源勘探、航空與衛(wèi)星遙感、工程變形監(jiān)測、運(yùn)動目標(biāo)的測速以及精密時間傳遞等方面的廣泛應(yīng)用，充分顯示了衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度與高效益。GPS定位系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋、全天候、高精度、實(shí)時連續(xù)定位。它由GPS衛(wèi)星組成的空間部分、若干個地面監(jiān)控站組成的地面監(jiān)控系統(tǒng)和以接收機(jī)為主體的用戶定位設(shè)備三部分組成。三者有各自獨(dú)立的功能和作用，但又是有機(jī)地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)。圖5-1GPS定位系統(tǒng)的組成空間部分地面監(jiān)控部分用戶設(shè)備部分圖5-3GPS工作衛(wèi)星圖5-2GPS衛(wèi)星星座圖5-4GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)分布圖圖5-5GPS接收機(jī)5.2GPS定位基本原理略5.3GPS實(shí)時監(jiān)測技術(shù)基本原理實(shí)時動態(tài)（RTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。它是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新的突破。RTK測量技術(shù)，是以載波相位為根據(jù)的實(shí)時差分GPS（RTDGPS）測量技術(shù)。實(shí)時動態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實(shí)時地計算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成清華大學(xué)已成功將GPSRTK技術(shù)應(yīng)用于虎門大橋的實(shí)時安全監(jiān)測。GPSRTK實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)主要是由GPS基準(zhǔn)站、GPS監(jiān)測站、光纖通信鏈路和數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心等部分組成，而數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心主要由工作站、服務(wù)器和局域網(wǎng)組成。基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星差分信息經(jīng)過光纖實(shí)時傳遞到監(jiān)測站，監(jiān)測站接收衛(wèi)星信號及GPS基準(zhǔn)站信息，進(jìn)行實(shí)時差分后，可實(shí)時測得站點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)站監(jiān)測站監(jiān)測站數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心光纖通訊GPS衛(wèi)星圖5-7GPS實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)各個部分功能(1)GPS基準(zhǔn)站。輸出差分信號和原始數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)在測區(qū)內(nèi)地勢較高，視野開闊，且坐標(biāo)已知的點(diǎn)上。(2)GPS監(jiān)測站。輸出RTK差分結(jié)果和原始數(shù)據(jù)。(3)工控機(jī)。采集GPS流動站的原始數(shù)據(jù)和RTK差分結(jié)果，向GPS流動站發(fā)送控制命令。通過切換開關(guān)控制共享、分配器的工作。(4)服務(wù)器。運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，處理工控機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)供工作站顯示和分析。(5)遠(yuǎn)程控制器。遠(yuǎn)程啟動和復(fù)位GPS監(jiān)測站。(6)共享、分配器。把差分信號由1路分成多路，每路差分信號和對應(yīng)的控制命令通過切換開關(guān)共享一路。(7)局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)包括調(diào)制解調(diào)器、光纖、集線器和網(wǎng)線等，提供數(shù)據(jù)庫存取和文件操作的通道?；鶞?zhǔn)站光纖共享、分配光纖流動站圖5-8GPS差分信號流程工作站網(wǎng)絡(luò)工控機(jī)共享器GPS接收機(jī)圖5-9控制命令流程GPS接收機(jī)工控機(jī)接收、處理原始數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)服務(wù)器分析工作站圖5-10RTK數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)流程實(shí)時監(jiān)上測的特丘點(diǎn)(1)足由于買GPS今是接碌收衛(wèi)星晉信號來墻進(jìn)行定佛位，所敞以各監(jiān)話測點(diǎn)只亭要能接衛(wèi)收5顆韻以上G藍(lán)PS衛(wèi)拾星及基恩準(zhǔn)站傳糖來的G費(fèi)PS差旁分信號浴，即可抱進(jìn)行G喉PS念RTK吩差分定許位。各娘監(jiān)測站社之間無聰需通視虧，是相蠻互獨(dú)立公的觀測糊值；(2毯)壁GP寸S可元以實(shí)悉現(xiàn)全晶天候絹定位雪，可狼以在宜暴風(fēng)駱雨中占進(jìn)行特監(jiān)測獅；(3)拒GP驗(yàn)S測定巧位移自系動化程舌度高。絡(luò)從接收零信號，閘捕捉衛(wèi)湯星，到國完成R蒙TK差差分位移西都可由躲儀器自拋動完成姻。所測炭三維坐倚標(biāo)可直佛接存入鉛監(jiān)控中環(huán)心服務(wù)鞠器，并秩進(jìn)行安晉全性分浮析；(4版)桶GP爆S定伏位速遵度快仔、精且度高柿。G菊PS笨R董TK寫最冰快可度達(dá)1應(yīng)0～寧20專Hz頁速率搖輸出芹定位偉結(jié)果蹦，定霜位精晝度平界面為褲±1濟(jì)0m拍m，甜高程婆為±撐20僑mm德。5.孕4糧GP釋S一萬機(jī)多牌天線瓶監(jiān)測垃技術(shù)系統(tǒng)設(shè)居計原則(1)楚先進(jìn)思性。即極選用的倦儀器設(shè)床備性能想應(yīng)是當(dāng)摘今世界殲上最先奏進(jìn)的。希系統(tǒng)結(jié)趙構(gòu)先進(jìn)怪，反應(yīng)灑速度快項(xiàng)，監(jiān)測香精度必由須達(dá)到駛相應(yīng)的堡國家規(guī)混范要求線。(2瘦)跳可靠測性。竟即系柳統(tǒng)采換集的耕GP穿S原蘋始數(shù)繡據(jù)必厚須完柔善、溪正確代；數(shù)水據(jù)傳廟輸網(wǎng)熱絡(luò)結(jié)盒構(gòu)可障靠，嫂傳輸批誤碼巡壽率低派；數(shù)跌據(jù)處柱理、聰分析箱結(jié)果赤必須種準(zhǔn)確需；整似個系營統(tǒng)故糊障率容低。(3現(xiàn))呆自動象化。供即從歲數(shù)據(jù)兆采集墊、傳度輸?shù)矫穹治隽R、顯咽示、送打印峽、報齊警等罷實(shí)現(xiàn)隙全自銜動化奏。(4銀)忽易維松護(hù)。茫即系晃統(tǒng)中揭各監(jiān)陜測單曲元互廈相獨(dú)帝立，缺并行柄工作栗。系切統(tǒng)采拒取開槳放式胡模塊絕結(jié)構(gòu)晝，便朽于增筒加、槐更新憐、擴(kuò)豈充、孕維護(hù)君。(5南)粉經(jīng)濟(jì)懸性。言即在勁保證影先進(jìn)綁、可淚靠、朗自動掛化程聚度高進(jìn)的前婚提下奸，采訴取各燥種有樓效方貓法，甲力求板功效嘩高、袋成本震低。多天線控制器天線組GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)處理中心GPS庸一機(jī)多菜天線接揉收單元GPS裹一機(jī)多棋天線監(jiān)西測系統(tǒng)強(qiáng)的組成在不改飾變已有摔GPS禿接收機(jī)咸結(jié)構(gòu)的晉基礎(chǔ)上功，通過重一個附描加的G聞PS信摩號分時漂器連接還開關(guān)將換多個天午線陣列音與同一滋臺接收私機(jī)連接貝；通過這邁樣一個仰GPS嗓多天線歉轉(zhuǎn)換開做關(guān)可以控實(shí)現(xiàn)一丹臺接收辯機(jī)與多頁個天線松相連，紡?fù)ㄟ^G肯PS數(shù)宿據(jù)處理墳后同樣倆可以獲虜?shù)米冃嗡怏w的形智變規(guī)律驚；該系抵統(tǒng)包擺括控購制中葬心、昌數(shù)據(jù)肅通信疑、多餡天線毀控制裝器和迎野外乎供電曠系統(tǒng)顛等4垂部分揉組成似。多用轉(zhuǎn)換開關(guān)基準(zhǔn)站接收機(jī)監(jiān)測站接收機(jī)數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)庫報告變形分析模型圖5-11GPS一機(jī)多天線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成控制樂中心控制中滴心可以紀(jì)對GP忘S多天絮線控制倒器微波副開關(guān)各寇信號通認(rèn)道進(jìn)行抽參數(shù)設(shè)鑰定，包放括各通廚道的開逝關(guān)的選徑擇，各荷通道的恰時間參瘦數(shù)設(shè)定蹄等，還莖可以設(shè)摔定系統(tǒng)鎖的工作拔方式，滾例如對蝦采集數(shù)瞞據(jù)的傳姥送方式滲（實(shí)時賀或事后護(hù)）進(jìn)行聚控制，崇并將由充現(xiàn)場傳堤來的G幅PS原賺始數(shù)據(jù)興，通過祝相關(guān)的鞭數(shù)據(jù)處埋理，實(shí)般現(xiàn)精確康定位。數(shù)據(jù)剪通訊(1）東利用電邁話線進(jìn)掃行數(shù)據(jù)倡通信，紙由于有扶現(xiàn)成的躬電話線嫂，只需畫購置相芝關(guān)的調(diào)專制解調(diào)圈器即可憲。該通猜訊方式旬成本較夠低，傳文輸距離期不受限醉制，實(shí)鳳時性可暖以保證年，工作盆時，由嗚于占用謠電話網(wǎng)廉費(fèi)用較屯高，有唐些場合早可以考海慮使用聲內(nèi)部小忌總機(jī)分姑機(jī)方式身進(jìn)行通蟲信。(2）樹利用無貌線方式兄進(jìn)行數(shù)飯據(jù)通信蝴，如利占用現(xiàn)有倉的GS欺M信道盤。(3丘）組爹網(wǎng)方壤式。壘構(gòu)成癢局域鋸網(wǎng)，廁從而現(xiàn)可以鈔利用甩網(wǎng)上距的相液關(guān)資氧源進(jìn)攜行數(shù)熊據(jù)通駱信，券這種嶺方式瓦進(jìn)行癥數(shù)據(jù)羅通信答時，夫方便妻、可罰靠、墻通用腹性強(qiáng)濁，不呼需購呆置專假用設(shè)導(dǎo)備，姿但組堡網(wǎng)成鎮(zhèn)本較回高，脖如果拖不是鉤具備委現(xiàn)成款的網(wǎng)競絡(luò)條棕件，棒不太海適宜頓采用課，數(shù)露據(jù)傳斗送時恰，實(shí)沙時性蠢可能倉難以蛙保證韻。GP燒S多制天線膽控制碗器多天線廈控制器均包括計糾算機(jī)系宿統(tǒng)、天曬線開關(guān)騎陣列和裂控制電液路，其墊主要由亦硬件和寺軟件兩刊部分組叨成，它療是無線健電通信除中的微但波開關(guān)頸技術(shù)、攪計算機(jī)蒸實(shí)時控川制技術(shù)新和大地個測量數(shù)趟據(jù)處理委理論及摘算法的立有機(jī)結(jié)廣合，僅當(dāng)用1臺敢GPS津接收機(jī)河互不干案擾地接扯收多個紋GPS圣天線傳刃輸來的灑信號，丹通過軟啊件處理笛實(shí)現(xiàn)精執(zhí)確定位綢。GP熔S一跡機(jī)多占天線駝控制蠟器野外優(yōu)供電朵系統(tǒng)由于計GP盾S多腫天線花監(jiān)測恢系統(tǒng)丑工作膜在野犁外，巨需要奶長時開間工秒作并采且不潤能間皺斷，糟實(shí)際嶺系統(tǒng)覽中，質(zhì)為防路備電熱源斷榜電而位引起憤數(shù)據(jù)雕丟失李，在鉤電路忙控制伴板上釀設(shè)計么有電彼源供妨電檢頭測系啦統(tǒng)，堤當(dāng)檢啞測到綁電源典電壓胞不足西時，芹給C機(jī)PU辦發(fā)出擊警告溪，C準(zhǔn)PU醬會立毅即進(jìn)夢行相扮關(guān)的跨數(shù)據(jù)騙保存若處理悲。隔河巖躺大壩外孕觀變形擾GP糊S自動徑化監(jiān)測柜系統(tǒng)工程護(hù)概況隔河巖律水電站昏總裝機(jī)素容量為提120速萬kw酷，年發(fā)野電30文.4億塊kw.礙h，水挽庫正常暑蓄水位屆為20銳0m，豎總庫容撥量為3沿4億m倆3，是母清江三殊個梯級載水電站堡之一。隔河炒巖水族電站掠是華完中電沿網(wǎng)重鍬要的歲調(diào)峰頑調(diào)頻翼電站叼，它臉的建決成對學(xué)于緩墾解華往中地橫區(qū)的倡電力曠緊張書狀況梢，保淘證華貌中電占網(wǎng)的烘安全外穩(wěn)定怨運(yùn)行嶼；對累于消天除清割江中茄下游升的洪證澇災(zāi)祥害，謝避免努清江旬洪峰繞與長娛江洪肅峰相澇遇以賭減輕屑長江注荊江擋段及循下游杜的防因洪壓虜力；徑對于亂打通忽清江店航道副，為深鄂西顯山區(qū)賓提供毛便捷訪的交韻通動聯(lián)脈，城促進(jìn)扁商品則流通驚和資基源開毀發(fā)；淡對于匙發(fā)展右清江葡流域允的旅載游事資業(yè)等反都具賽有十兵分重祥要的麥意義系。大壩傲情況隔河礦巖水園電站艦大壩臣為三虛圓心招變截董面重偽力拱液壩，桶最大貞壩高拼15芹1m禾，壩躲頂弧仗線全頁長為動65鞭3m能，壩扇頂高鍬程為鑒20輪6m燭。高程挽15痛0m耀以下小為拱迅壩，河高程陣15獨(dú)0m朱以上畏為重逢力壩排。壩址為吸凹形河客谷，地糊形條件睜比較復(fù)篩雜。監(jiān)測所系統(tǒng)峰的總恩體結(jié)芳構(gòu)大壩芹變形龜GP巨S自攤動化庭監(jiān)測論系統(tǒng)透是由船數(shù)據(jù)姑采集屢、數(shù)病據(jù)傳子輸及猾數(shù)據(jù)救處理嘉、分械析和布管理劍三個姜部分扁組成抹的。整個吳系統(tǒng)歷的數(shù)筑據(jù)采至集、嶺傳輸擊、處諸理、叼分析狐、管排理采姑用局懷域網(wǎng)瀉絡(luò)來寨完成刪。大壩外安部變形捆監(jiān)測系決統(tǒng)的數(shù)盼據(jù)采集猛工作是絡(luò)在GP貢Sl～岔GPS患7這7恨個GP逼S站上眨進(jìn)行的跨。其中待GPS升l和G放PS2緊為位于榜兩岸的估基淮點(diǎn)擇，GP亦S3～狹GPS出7為位蹤蝶于大壩植上的變薦形監(jiān)測鬧點(diǎn)。數(shù)據(jù)傳駐輸及時準(zhǔn)豬確地傳傭輸觀測讀資料及冊有關(guān)信倡息是建兼立GP斥S自動路化監(jiān)測帶系統(tǒng)中江的一個址重要環(huán)彎節(jié)。壩面工艇控機(jī)通獲過RS侮---弓-23圖2多串哭口遠(yuǎn)距化離通訊講方式將判各監(jiān)測寶點(diǎn)的接罰收機(jī)面墳板信息仙實(shí)時傳滋送到總稼控室，銅同時又郵通過多湊路開關(guān)圖方式，譜按總控趙室所設(shè)始置的時嚼間間隔尸定時將釘上述各控臺接收眉機(jī)所采損集到的剛數(shù)據(jù)(魚觀測值晨、衛(wèi)星語星歷等哲)傳回餓服務(wù)器犧。數(shù)據(jù)分予析數(shù)據(jù)竭處理偶、分廣析、彼管理驚部分蹄在隔碎河巖燙大壩鉗外觀街變形誦GP槐S自丈動化調(diào)監(jiān)測偶系統(tǒng)堤中具枕有重甜要作迅用，塞是整度個系粱統(tǒng)能杜自動盛運(yùn)行紋的關(guān)貓鍵。主要惜由總撇控、哥數(shù)據(jù)嗎處理棋、數(shù)蚊據(jù)分翻析和仰數(shù)據(jù)膊庫管駁理等仍四個粱模塊祥組成還。總控弟是整豬個系滔統(tǒng)中勢各模