GPS技術在變形監測中的應用及發展研究

■梅蛟

（重慶同望水利水電工程設計有限公司重慶401120）

GPS技術在變形監測中的應用及發展研究

■梅蛟

（重慶同望水利水電工程設計有限公司重慶401120）

隨著各種大型建筑的大量涌現以及滑坡等地質災害的頻繁發生，變形監測研究的重要性更加突出，推動著變形監測理論和技術方法的迅速發展。本文針對GPS在變形監測中的技術優勢，對該項技術在變形監測中應用進行探討，希望能為今后對于變形監測中GPS的應用提供幫助。

變形監測GPS技術應用分析發展趨勢

隨著人類社會的不斷發展，科技力量在人類認識自然和改造自然的道路上發揮著越來越多的作用。變形是一種普遍存在的現象，某些變形是人力所不能抗拒的，但是很多的變形如地殼變遷、大型工程變形會給人類造成很大的傷害，所以人們采取高科技技術對地球的變形活動進行監測，減少變形帶來的危害，而GPS技術無疑是最有效的監控手段，其時間上的連續性、三位坐標和速度的準確性給人們應對變形帶來來了極大便利。

1　變形監測技術概述

變形監測技術包括常規大地測量技術、特殊變形測量技術、攝影測量技術和GPS技術。在20世紀80年代以前，變形監測主要是采用常規大地測量和某些特殊測量技術。常規大地測量，是采用經緯儀、水準儀、測距儀、全站儀等常規測量儀器測定點的變形值，其優點是:①能夠提供變形體整體的變形狀態；②適用于不同的監測精度要求、不同形式的變形體和不同的監測環境；③可以提供絕對變形信息。但外業工作量大，布點受地形條件影響，不易實現自動化監測。特殊測量手段包括應變測量、準直測量和傾斜測量，它具有測量過程簡單、可監測變形體內部的變形、容易實現自動化監測等優點，但通常只能提供局部的和相對的變形信息。

2　GPS技術在變形監測中的應用分析

（1）GPS變形監測網靜態平差。GPS變形監測網的靜態平差是把各期的外業觀測數據分別進行平差，解算時并不考慮相鄰兩期觀測數據之間的動態參數。在各種變形監測工程中，針對周期性重復測量模式，一般采用靜態平差法；而對于不同的變形體和不同的監測環境，可分別選擇經典自由網平差、秩虧自由網平差和擬穩平差進行整網的平差解算。

（2）GPS監測網變形分析基準的統一。周期性重復測量模式下GPS監測網觀測是分期進行的。由于各種誤差源的影響，導致各期基線向量之間可能存在系統性尺度和方位上的差異，如果解算時不考慮這種偏差，就有可能將其當作變形值來處理，從而導致變形分析結果出現錯誤，也就不能提供正確的決策依據。因此，解算時必須統一方位基準和尺度基準，常用的方法有多項式擬合法和坐標系統轉換法等。

（3）建立GPS變形監控在線實時分析系統。對于大壩、大型橋梁、高層建（構）筑物、滑坡和地區性地殼變形監測，研究建立技術先進而又實用的GPS變形監控在線實時分析系統是一個重要的發展趨勢。這種系統由數據采集、數據傳輸和數據處理與分析等幾個主要部分組成，可以使監測數據得到及時地分析和處理，從而實時地評價變形的現狀和預測其發展趨勢，為災害發生的可能性分析與預報提供科學依據，這對處于活躍階段的滑坡體變形及斷層的相對運動監測具有特別重要的意義。由于建立連續運行的GPS網絡系統進行大壩和滑坡等變形監測，成本較為昂貴，因此，研究低成本的GPS一機多天線變形在線實時監測分析系統也一個頗有實際意義的研究方向。

（4）建立“3S”（GPS、GIS、RS）集成變形監測系統。隨著計算機技術、無線電通訊技術、空間技術及地球科學的迅猛發展，“3S”（GPS、GIS、RS）技術已從各自獨立發展進入相互集成融合的階段。“3S”技術集成，可為分析、研究包括變形信息在內的各種災變信息之間的相互關系提供技術支撐，特別是時態GIS（TemporalGIS，簡稱TGIS）技術的應用，它可以描述四維空間的地質現象，除具有一般GIS的功能外，還能夠記載研究區域內各種地質現象隨時間的演繹過程，這對滑坡等地質災害的監測預報具有非常重要的作用。因此，研究“3S”集成變形監測系統，也是變形監測技術的重要發展趨勢之一。

3　GPS技術在變形監測中的發展趨勢

3.1健全GPS變形監測的在線分析處理體系

在對大壩、橋梁、大型建筑物以及地殼運滑坡等自然災害的監測中，完善技術先進、使用方便的GPS變形監測信息在線實時分析控制系統是目前變形監測的一個重要發展趨勢。這一系統是由信心的采集、數據傳輸、數據分析與處理幾個主要方面構成的。可以使監測到的信息得到及時有效的處理與分析，從而對變形的現狀以及未來的發展趨勢做出判斷，為可能發生的災害提供預警參考信息，特別是對于處在地殼活動比較活躍地帶，以及易發生滑坡地區的地理變形監測具有非常重要的意義。

3.2發展“3S”集成變形監測系統

所謂的“3S”（GPS、GIS、RS）是指全球衛星定位系統、電磁遙感技術、地理資訊信息系統等現代科學技術的代表。隨著計算機技術、無線電通信技術、空間技術和地球科學的發展，這些技術已經從彼此獨立的狀態走向集成合作的發展道路，發展“3S”集成技術可以實現包括變形監測在內的各種災害信息的有效分析和傳輸，各種技術之間互為支撐，可以實現全新的效果，特別是對GIS的應用，可以描繪出四維空間的地質變形現象，還可以對研究區域內變形現像隨著時間變化而變形的過程做好記載，為滑坡等地質災害的監控和預報提供可靠的參考材料。所以“3S”集成技術的發展是未來變形監測技術的發展趨勢之一。

4　結語

GPS技術在變形監測項目中的發展趨勢要結合監測對象和監測目標的具體內容而制定，研究并構建實用性強且監測技能表現突出的GPS實時在線監測分析系統和綜合性集成綜合系統是當下變形監測系統發展的必經之路。與傳統的地面監測技術比較而言，GPS變形監測技術有著十分明顯且獨特的優越性能，成本費用的降低是該技術范疇內不變的研究話題，筆者堅信，通過我們的不懈努力，我國的變形監測技術一定會為國家的建設和社會的發展提供更多的力量，進而使得我們賴以生存的環境變得更加美好。

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X831［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-203-1