高精度GPS變形監測數據處理研究

程明飛

(西山煤電集團有限責任公司屯蘭礦，山西太原030200)

0 引言

時代在發展，科技也在進步，人們的生活水平由此逐漸得到了大幅度的提高，這使得人們在享受生活的同時，愈來愈意識到生命的可貴，因而要求GPS技術能夠更好地為人們提供更加精確的數據，以便于幫助人們在自然災害或工程事故等發生之前采取有效的防范措施，最大限度地減少人員傷亡，降低自然災害或工程事故的發生率，從而推動社會的和諧發展。

1 變形監測技術簡介

在開展變形監測的過程中，許多國家主要采取空間大地測量的方法來完成監測任務。空間大地測量技術主要是由GPS、激光測月技術和長基線射電干涉測量等技術構成。GPS能夠對區域性的變形進行監測，隨著科技的發展，研究人員又將GPS與合成孔徑雷達干涉測量技術予以結合，提高了GPS的測量范圍，使得相關人員應用GPS技術能夠對地面沉降情況進行監測，隨著時間的延長，研究人員逐漸提高了GPS技術監測數據的準確性，因而幫助監測人員對工程的變形情況有一個清晰的認識，從而幫助維修人員采取正確的維修方法來使工程達到正常的使用狀態，以便于進一步減少事故的發生，亦或是降低事故對經濟的損害程度。

從全球的角度上來看，近十年來，變形監測方法發生了尤為巨大的變化。在技術發展較為緩慢的時期，人們利用大地測量技術和近景攝影測量技術來對地面的變形情況實施監督與測量，此種方法既要耗費大量的資源，而且極易受地形的影響，無法測量出較為準確的變形數據，所以，研究人員便發明了全站型儀器來對地面變形情況予以測量，此類方法能夠自行完成監測任務，并且減少人力資源的使用，減少測量人員的工作負擔，同時簡化了工作步驟，降低了環境對測量工作所帶來的影響。全站型儀器的使用給人們帶來了巨大的好處，但是人們總是處于不滿足的狀態，所以，相關人員應當逐步提高全站型儀器的精度，為人們提供更加精確的信息，以此減少或者避免事故的發生，促進經濟的發展與進步。

2 與高精度GPS變形監測數據處理有關的內容

2．1 GPS 簡介

1)GPS定義及好處。GPS是全球定位系統的簡稱，該系統是由美國國防部提出，初始設計目的就是為國家的軍事和人民群眾提供相關信息，從而完成導航工作的定位系統，在使用該系統的時候，能夠減少環境對觀測的影響，并對敵軍或目的地進行準確的定位，從而幫助軍隊取得戰爭的勝利，引導人民群眾快速地到達目的地。目前，全球定位系統已被人們廣泛應用于導航、定位和工程測量等諸多方面，給人們的生產和生活帶來了便利，推動了經濟的發展。

2)GPS觀測的內容。GPS觀測的內容主要有偽距觀測值、相位觀測值和多普勒頻率變化觀測值。衛星與接收機之間的距離就是對碼觀測值，因為在測量的過程中存在著一定的誤差，所以人們普遍稱之為偽距。利用GPS觀測出相位觀測值之后，由于相位的初始數據難以確定，所以此數據只能作為運算過程中的參數。相位觀測值就是GPS系統將接收到的信號進行處理，從而得到的載波所顯示的相位。多普勒頻率變化觀測值在定位中發揮的作用不大，該值能夠反映衛星的頻率變化情況。

2．2 相關數據的預處理分析

監測人員利用GPS獲得相關的變形數據之后，系統內部的一些技術就會對數據信息進行預處理，提煉出有用信息，并提供給數據使用者，進而幫助數據使用者快速地認識和了解變形情況，采取科學有效的方法來防止變形的繼續，從而減少事故的發生，為人們提供安全的生產及生活環境。

GPS變形監測數據的處理軟件主要是TEQC，該軟件能夠對GPS變形監測數據進行格式轉換，對數據的準確性進行檢查，排除衛星信號中噪音的干擾，提高數據的可視化程度，簡化監測人員的工作任務和難度。

3 提高GPS變形監測數據處理精度的方法

科技的快速進步以及人們對高精度GPS變形監測數據處理的渴望，使得研究人員開發了大量的監測數據處理軟件，其中就涉及到卡爾曼濾波方法。

3．1 卡爾曼濾波方法簡介

從名稱上來看，人們從大體上可以猜出此類方法的提出者是卡爾曼博士，在提出卡爾曼濾波方法時，卡爾曼博士的首要目的就是解決人造衛星的定軌問題，并消除導航存在的一系列缺陷。該方法利用數學遞推的原理推斷出不同時刻的數據信息，因而受噪聲的影響較低，處理的數據的準確性更高。一般情況下，卡爾曼博士提出的方法主要被利用于動態測量，能完成飛行器和導彈的導航工作，并提高工業自動化的程度。

3．2 卡爾曼濾波方法的過程

變形監測人員在使用卡爾曼濾波方法處理GPS變形監測數據的時候，應做好如下準備工作:要建立動態的系統狀態方程，并根據監測的數據建立相關的數學模型，列出相應的方程。根據數據的分散情況，將方程分為連續型和離散型的方程，在對兩個方程加以處理的時候，可以采用替換的思想來簡化處理過程，減少計算工作量，并提高數據的準確性。

4 高精度GPS變形監測數據處理的步驟

4．1 進行相關監測網的布局與設計

監測人員要想對工程的變形進行全面的監測，則必須對測量地區的大概情況予以了解，充分掌握測量地區的環境影響因素，然后再根據觀測簡單和保存年限較長的原則來確定變形監測點。另外，為了提高監測的準確性，基準點要根據工程的變形情況來確定，以便于將全部的變形數據記錄下來，幫助維修人員快速地確定需維修的地點，減少災難的出現。

4．2 明確高精度GPS變形監測數據處理的方法

完成監測網的布設之后，只是能夠確保監測的完整性，還不能夠為維修人員提供準確的變形監測數據，所以監測人員要根據天氣和地質環境的不同選取高精度GPS變形監測數據處理的方法來處理變形監測數據，以此提高數據的準確性，加快維修人員的維修速度，使工程快速達到正常的使用狀態，從而減少事故的發生，促進經濟的快速發展。

4．3 對基準網數據進行處理

1)對基準點的數據進行處理。為了提高基準點數據處理的精確度，要采用較為先進的數據處理模型——Niell，并利用基線處理軟件完成基準點到基線的數據處理。另外，還可以通過一系列的計算方法來提高衛星軌道的精度，來提高數據處理的準確度，為數據使用者提供精準的數據信息，最大限度地防范事故，確保生產的順利進行。

2)對基準點的穩定性進行檢驗。基準點的穩定性在一定程度上影響了GPS變形監測數據的準確性，所以，有關人員要利用跟蹤站來對基準點的穩定性進行檢驗，一但出現穩定性較差的基準點，就應當及時更換成穩定性較高的基準點，以此充分確保監測數據的準確性。

5 結語

隨著經濟的發展，人們迫切要求GPS變形監測數據處理的準確性能夠得到提高，以便為數據需求者提供準確的數據，幫助維修人員利用科學合理的方法消除變形問題，并且提高相關工程的穩定性，為人們提供安全的生產和生活環境。對此，我們應當積極引進卡爾曼濾波方法來完成數據處理工作，為經濟的發展貢獻一份力量。

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