GPS技術在變形監測中的應用

熊娜莎

【摘 要】 在工程的變形監測中分析GPS應用情況以及GPS具有方便實用等特點，GPS技術的應用由于其受環境的局限性和測量工具使用不便等情況影響較小，從而在變形監測的領域可大放手腳。由于GPS可以向全球任何用戶全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數，目前在各類變形監測中已得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】 GPS技術 ?變形監測 ?應用

1 GPS技術在工程變形監測中的應用現狀

變形監測又稱變形測量或變形觀測，其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態和時間特征。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。GPS技術經過短短幾年的發展，觀測邊長已經達到了10-8～10-9的相對精確度，在傳統的測量精確度上還提高了4個量級。GPS技術能夠對目標進行全方位、全天化的定位監測，同時提供高精度的三維坐標定點，測站之間也不存在通視要求，所以現如今被廣泛應用。在變形監測上GPS主要被應用于滑坡觀測、位移監測等，在滑坡觀測中，用GPS觀測，能對滑坡的整體活動性進行全方位的觀測。我國的變形監測大多采取常規大地測量和特殊變形測量相結合的方式來完成任務的，但是由于其作業強度太大，在測量進行的過程中又比較容易受到環境的影響，因此，效率較為低下。GPS應用于工程變形監測中不僅具有速度快、受外界的影響較小、精確度比較高以及自動化的程度比較高等優點，而且還可以對大型建筑物的各個被測點的三維移動變化進行全天候的測量，GPS技術的出現為變形監測注入了新鮮血液，當我國的變形監測還停留在常規大地測量與特殊變形測量相結合的技術層面上時，國外的變形監測已經進入了GPS時代，在水庫大壩的外觀變形監測工作中，GPS技術不僅可以滿足其精確度的要求，還能實現對其進行自動化的監測。地面、高層建筑物以及海上勘探平臺等沉陷方面也采用GPS的應用監測。

2 工程變形監測中的GPS新技術設計

2.1 對基準的設計

變形監測不僅能監視建（構）筑物的安全狀態，而且其結果也是對設計數據的驗證，同時起到反饋施工質量的重要作用，為改進設計和科學研究提供重要的資料和依據。在對國內外變形監測技術中GPS技術的應用歷史和狀況有所了解后，對其當下的應用狀況和變形監測項目的實際要求進行推測，工程變形的監測成果的準確性及穩定性是通過基準設計來反映。傳統手段的變形監測，通常受到環境、地形以及設備儀器等因素的影響比較大，GPS技術的應用給測量技術帶來了一場深刻的革命。引進GPS技術這種高精度儀器的應用，輕易的就解決了監測網基準點位置的設置，設置在變形區域外圍，保障了數據的準確性和可靠性。

2.2 對時段和周期的觀測設計

大量的監測數據對變形體的變形規律進行系統的分析研究，更好的掌握變形機理，給出合理的物理解釋，建立有效的變形預報模型，是變形監測的中心任務。能夠使得一些大型自然災難發生的可能性分析和預測提供真實有效的數據根依據，這一點對于一些活躍期的斷層相對運動和活躍階段的滑坡變形監測具有重大意義。對時段和周期的觀測，把工程變形如緩慢長期的變化、快速持續的變化以及劇烈的變化等性質結合整個工程進行分析，得出科學合理的觀測周期，不僅有利于對監測意圖的實現，還有利于對監測結果進行準確的分析。為安全性診斷提供必要的信息，以便及時發現問題并采取措施;其次是科學上的意義，包括更好地理解變形的機理，驗證有關工程設計的理論和地殼運動的假說，進行反饋設計以及建立有效的變形預報模型等。

2.3 對圖形結構的強度設計

雖然GPS技術的應用為變形監測技術帶來了技術層面上的革新，然而在應用的過程中，GPS技術還是存在著許多不盡人意的地方。在選擇圖形過程中，需要考慮基準點有效控制變形點的同時，也要考慮基準點與基準點相互進行檢校。圖形結構的強度設計中的參數識別設計以及模型識別設計對變形模型有保障作用，利用這些資料首次建立了定量的中國大陸及其周圍地區地殼運動的速度場，給出了中國大陸地殼水平運動的基本特征，得到了中國地殼水平運動呈現明顯的非均勻性。

3 GPS變形監控實時分析系統的應用

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。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。變形監測系統的構建方面可以在研究的過程中試圖在了解到某項監測任務的執行標準的基本要求后，將GPS技術與其他變形監測技術進行有機結合，組建成一套綜合變形監測系統。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。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。將使地殼形變觀測在空間域的控制能力和分辨能力方面得到極大地提高，這也為GPS等空間測地技術用于大型工程的變形監測帶來了新的機遇，為推進高精度變形監測的研究注入新的活力。以大壩變形監測為例，建立GPS變形監控在線實時分析系統，其數據處理分析和管理。

4 結語

GPS技術由于其實時性能的表現、連續工作的特性、高精度的定位性能和自動化程度較高的基本優勢，基于GPS技術的變形監測理論與方法，是當前廣泛采用的變形監測新方法、新技術之一。GPS衛星定位技術相比于傳統的測繪作業方法與模式有著顯著的特點和優越性，其優越的性能及廣泛的適用性，在GPS等空間測地技術不僅可以應用于水庫大壩及各種滑坡的精密外觀形變監測，而且已經用于研究板塊運動、亞板塊運動等問題，這在過去是不敢想象的。GPS技術在工程變形監測系統中，不僅降低了成本，節省了人力物力，還提高了精確度和工作效率。GPS應用于大壩和滑坡體等的外觀變形監測，與傳統的地面測量技術相比有其獨特的優越性，但是成本亦較為昂貴。

參考文獻

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