GPS定位技術在變形監測中的應用

摘 要：GPS定位技術為變形監測提供一種新的手段，由于GPS具有自動化程度高、速度快、同時測定點等監測優勢，被廣泛應用于各種精密工程，通常GPS技術應用采用定期復測與長期連續監測模式，用戶設備只需要接收衛星信號，就可以獲取精準的定位信息和導航數據。本文以下主要通過GPS定位技術的探討，提出了在變形監測中的應用參考。

關鍵詞：GPS技術；變形監測；定位系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.138

0 前言

GPS定位技術是導航技術、衛星定位與現代通信技術的融合，作為新一代空間定位系統，GPS可削弱系統誤差的影響，提高監測的精準度和監測效率。當前GPS定位技術在變形監測中迅速得到了推廣，是一種極為有效的變形監測方法。但由于應用過程中會受到多方面誤差源的影響，導致GPS定位技術難以達到三維監測。因此，在實際應用過程中應消除和減弱系統誤差，進一步提高GPS技術的應用和推廣。

1 GPS定位技術在變形監測中應用特點及途徑

1.1 GPS定位技術系統組成部分

GBS全球定位技術，可以為用戶提供精準的速度、時間、三維坐標等精準信息，具有實時性、全球性、連續性等監測優點，被廣泛應用于各種大型工程監測。GPS定位技術主要由空間技術、控制系統、用戶部分組成。GPS空間技術由多顆衛星組成，衛星均勻分布于55°的軌道，運行周期約為12恒星時，為地球表面、任一地點，提供實時和全球性導航定位；控制系統是由全球地面跟蹤站組成的監控系統，提供GPS衛星播發的星歷，控制衛星的軌道運行，向衛星傳輸信息資料以及衛星設備運轉等工作；用戶部分主要包括數據接收機、數據處理軟件等設備，主要負責接收、轉換、測量衛星傳輸的GPS信號，完成導航和定位。

1.2 GPS定位技術在變形監測中的應用途徑

GPS定位技術在變形檢測中應用，相對常規電子測量儀器具有不可比擬的優越性，實時、連續和高精度的自動監測極大提高了測量精度和效率。GPS定位技術在變形監測應用主要表現以下幾個方面：橋梁健康監測方面，GPS定位技術進行橋梁變形監測，可以避免傳統測量技術在通視、高差、距離等方面存在的問題，在提高監測效率的同時，減少外業工作量；大壩安全監測方面，GPS定位技術主要包括裂縫、位移、擾度等方面的檢測，當大壩在水負載重壓下產生變形后，會產生潰壩的危險，需要利用GPS定位技術長期進行高精度變形監測；滑坡監測方面，GPS自動化程度高，可以達到mm級的精度，并自行對數據進行采集；高層建筑監測方面，建筑物體監測環境復雜、幾何尺寸較大，對監測精度要求較高，相對于傳統測量可以實現實時性與連續性的高精度定位測量，可獲取不大于10mm的高程精度測量，精確監測高層建筑物的動態特征；總之，GPS技術可以在更多領域進行高精度、實時性、連續性、高可靠性的變形監測。

1.3 GPS定位技術在變形監測中的應用特點

GPS定位技術作為一種全新的空間定位技術，在變形監測中具有以下優勢特點：測站之間無需通視，GPS技術監測只要在保證良好的信號接收基礎上，即可靈活選擇監測，提高監測精度；全天候檢測，GPS衛星均勻分布在6個軌道環繞地球運行，用戶可以隨時隨地展開GPS定位測量；自動化程度高，GPS接收可以自動接收數據，跟蹤衛星信號，結合計算機技術可以在無人值守的情況下，實現采集、分析、處理、傳輸長期連續的自動化變形檢測；高精度三維定位，GPS技術在變形檢測中能同時精確測定大地高和平面位置，一次性獲取高精度的三維坐標；抗干擾性能好、隱蔽性強，用戶設備只需要單一接收GPS衛星信號即可獲取定位信息和導航數據。

2 GPS定位技術變形監測中誤差來源及注意事項

2.1 GPS定位技術變形監測中誤差來源

GPS定位技術在變形檢測中，受地球潮汐、軌道、鐘差等多種因素的影響，在高精度監測中存在一定的誤差影響，主要誤差來源體現在以下幾個方面：第一衛星軌道偏差，指衛星真實軌道與衛星星歷真實軌道間的差異，是影響定位精度的關鍵因素，可采用全球GPS跟蹤網獲取精度為2CM的精密衛星軌道；第二衛星信號的傳播誤差，GPS信號受電離層折射和對流層折射影響，經過距地面高度在50-1000千米之間的大氣層時，大量自由電子和正離子會造成信號路徑彎曲，對流層是高度40千米下的大氣底層，GPS信號受大氣溫度和壓力的影響也會導致信號路徑偏差；第三接收設備誤差，衛星軌道的衛星質點坐標與測站中心不一致對定位精準度產生影響，在實際變形監測過程中，可通過觀測值求差調整相位中心變化對定向的影響。

2.2 GPS定位技術變形監測應用注意事項

GPS定位技術在變形監測過程中，各項精密工程對水平精度的要求非常高，由于GPS技術會受到多種客觀因素的影響和條件制約，對測設產生影響。因此，為了保證GPS的三維測量，消除和減弱GPS定位技術誤差，用戶需要在變形測量中充分考慮地球潮汐、負荷潮及相對論效應，建立系統誤差模型，對觀測量進行修正，同時引入相應未知參數，求解并處理未知參數數據，并對衛星和觀測站實施同步觀測值求差。主要方法為以下幾個方面：第一修正電離層模型調整觀測時段，應用雙頻觀測、同步觀測值求差減弱電離層產生的誤差影響；第二修正對流層折射模型應用同步觀測量求差，在數據處理中求得對流層影響附加待估參數；第三觀察站要選取合理位置，在變形監測中應用同一類型天線，通過觀察觀測值的求差，消除和減弱相位中心偏移的影響。

3 結語

綜上所述，GPS定位技術的應用，可以使變形監測更為靈活、自由、精準，是一種極具潛力的空間定位技術，在利用GPS技術進行定位時測站之間無需通視，不僅減輕了勞動強度，還提高了觀測的精度，由于GPS自動化程度高，實際應用過程中減少了外業工作強度，尤其對于泥石流和防洪防汛等地質災害監測，抗干擾性能好、保密性強極大的提高了監測效率。

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作者簡介：馬凱（1982-），男，遼寧阜新人，碩士研究生，研究方向：變形監測，主要從事教學與科研工作。