gps在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用論文及發(fā)展前景

GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景PAGEII目錄摘要 IABSTRACT II1GPS技術(shù)與變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 11.1GPS技術(shù) 11.1.1GPS簡(jiǎn)介 11.1.2GPS定位原理、方法 21.1.3GPS測(cè)量的特點(diǎn) 31.1.4GPS外業(yè)測(cè)量工作的實(shí)施 41.1.5GPS高程測(cè)量 51.1.6GPS網(wǎng)的建立及質(zhì)量控制 71.1.7GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理 91.1.8GPS定位中的誤差來源與削弱或消除措施 121.1.9GPS的應(yīng)用 121.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù) 141.2.1變形監(jiān)測(cè)的含義及分類 141.2.2變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及特點(diǎn) 141.2.3變形監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型 151.2.4變形監(jiān)測(cè)的作用 162GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)及不足分析 172.1GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)分析 172.1.1儀器上的優(yōu)勢(shì) 172.1.2在數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì) 182.2GPS在變形監(jiān)測(cè)中的不足分析 203GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及前景展望 203.1GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 203.1.1GPS在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 213.1.2GPS在礦區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 223.1.3GPS在高層建筑物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 223.1.4GPS在橋梁工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 233.2GPS變形監(jiān)測(cè)前景展望 24結(jié)論 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景摘要隨著GPS測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，工程測(cè)量的作業(yè)方法發(fā)生了歷史性的變革。與傳統(tǒng)的工程變形監(jiān)測(cè)方法相比，GPS測(cè)量技術(shù)在全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度等方面,具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成功的應(yīng)用于工程測(cè)量等諸多領(lǐng)域。工程的變形監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新興學(xué)科，由于工程建設(shè)的有關(guān)對(duì)象所可能引發(fā)的災(zāi)害，關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，所以變形監(jiān)測(cè)不僅對(duì)監(jiān)測(cè)建筑物的安全、防止事故發(fā)生有重大意義，而且在積累監(jiān)測(cè)資料、檢驗(yàn)工程設(shè)計(jì)是否合理方面也具有重要作用[1]。本文主要論述GPS技術(shù)和變形監(jiān)測(cè)方面的一些基本知識(shí)，GPS用于變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用APPLICATIONANDDEVELOPMENTPROSPECTOFGPSINDEFORMATIONMONITORINGABSTRACTWiththerapiddevelopmentofGPSmeasurementtechnology，historicchangeshavetakenplaceinengineeringmeasurementmethod.Comparedwiththetraditionalengineeringdeformationmonitoringmethods，GPSmeasurementtechnologyintotipotent，global，all-weather，continuous，real-timeandautomationdegree，etc，hasincomparableadvantages，whichhasalreadybeenappliedsuccessfullyinmanyfieldssuchasengineeringmeasurement.Deformationmonitoringandpredictionofengineeringisanewdisciplinedevelopedinthe1970s，duetotheconstructionoftheobjectmayleadtodisaster,relatedtopeople'slifeandpropertysafety，sothedeformationmonitoringisofgreatsignificance，notonlyformonitoringthesafetyofthebuildings,topreventtheaccident.butalsoplaysanimportantroleintheaccumulationofmonitoringdata，andtestingengineeringdesignthatisreasonable.ThisarticlemainlydiscussessomebasicknowledgeoftheGPStechnologyandthedeformationmonitoring，theadvantagesanddevelopmenttrendoftheGPSfordeformationmonitoring.KEYWORDS：GPStechnology；Deformationmonitoring；ApplicationGPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及發(fā)展前景1GPS技術(shù)與變形監(jiān)測(cè)技術(shù)1.1GPS技術(shù)1.1.1GPS簡(jiǎn)介GPS，全稱GlobalPositioningSystem,即全球定位系統(tǒng)。在當(dāng)時(shí)，全球定位系統(tǒng)是一種軍民兩用的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有很好的保密性和抗干擾能力，如今，GPS在軍事和民用等各個(gè)領(lǐng)域里正發(fā)揮著越來越大的作用。其用戶越來越多，使用方式越來越多樣，效用也越來越大，所以全世界的發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，以最大限度的謀取經(jīng)濟(jì)利益、政治利益和軍事利益。GPS是由以下三個(gè)部分組成：空間部分（GPS衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分[2]。其具體作用與功能分別為：（1）空間部分即是GPS衛(wèi)星，共24顆，均勻的分布在6個(gè)軌道面上，其基本功能是：接收并存儲(chǔ)導(dǎo)航電文；自動(dòng)生成測(cè)距碼和載波；將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制成載波轉(zhuǎn)發(fā)給用戶；通過對(duì)衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，排除衛(wèi)星發(fā)生的故障，如果問題仍然不能解決，必須開啟衛(wèi)星上的備用設(shè)施，來確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。（2）地面監(jiān)控部分一般是在地面上建立的硬件設(shè)施，用來支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，為衛(wèi)星提供一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境。它包括主控站、監(jiān)測(cè)站、注入站和通信與輔助系統(tǒng)。其中主控站是系統(tǒng)的核心，是行政管理和技術(shù)中心。監(jiān)測(cè)站的作用就是把經(jīng)過處理后的偽距觀測(cè)值傳給主控站，其中偽距觀測(cè)值是通過GPS和氣象傳感器的共同測(cè)量而獲得的。（3）用戶部分一般是由用戶、GPS接收機(jī)、天線單元、接收單元、輸入輸出設(shè)備和電源等儀器裝置組成的。GPS衛(wèi)星接收機(jī)可以接收來自待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列的技術(shù)處理，并通過計(jì)算機(jī)和一些相應(yīng)的軟件的使用，對(duì)獲得的基線向量進(jìn)行解算和網(wǎng)平差，可以求出GPS接收機(jī)天線中心的空間三維坐標(biāo)。，從而達(dá)到定位的目的。另外，GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)是由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文三部分組成的。其中導(dǎo)航電文是以“幀”為單位向外傳播的[3]。1.1.2GPS定位原理、方法如圖1所示，設(shè)置在Q點(diǎn)的是GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻t，它能同時(shí)接收來自衛(wèi)星（至少三顆衛(wèi)星）S1、S2、S3所發(fā)出的信號(hào)（至少三顆衛(wèi)星），通過對(duì)接收信號(hào)的處理及數(shù)據(jù)計(jì)算，可以測(cè)算出在時(shí)刻tGPS接收機(jī)天線中心與衛(wèi)星S1、S2、S3的空間距離L1、L2、L3。然后可以根據(jù)衛(wèi)星星歷可以推算出三顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)（Xi，Yi，Zi）,i=1,2,3，從而根據(jù)距離的反算，計(jì)算出接收機(jī)天線中心點(diǎn)Q的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）。運(yùn)用距離交會(huì)的方法來解算出接收機(jī)天線中心的坐標(biāo)，這就是GPS的定位原理[4]，其具體計(jì)算過程如下：L1=（X-X1）+（Y-Y1）+（Z-Z1）L2=（X-X2）+（Y-Y2）+（Z-Z2）L3=（X-X3）+（Y-Y3）+（Z-Z3）圖1GPS定位原理圖在靜態(tài)定位中，通常所采用的方法有：取整法、置信區(qū)間法、模糊函數(shù)法、整數(shù)解和實(shí)數(shù)解。其中求整數(shù)解一般通過解算載波相位觀測(cè)值先求初始解，然后采用取整法來確定整周模糊度參數(shù)，最后求得基線向量的整數(shù)解。在快速定位中，最具有代表性的兩種方法：一個(gè)是走走停停（GoandStop）法，另一個(gè)是快速靜態(tài)定位法。動(dòng)態(tài)定位的方法可分為兩大類：初始化法與實(shí)時(shí)解算模糊度的方法。單點(diǎn)定位一般采用用測(cè)碼偽距觀測(cè)值，來獲得觀測(cè)方程進(jìn)行解算的。其中動(dòng)態(tài)定位與靜態(tài)定位的根本區(qū)別在于一個(gè)時(shí)段內(nèi)待定點(diǎn)位置的變化與循序的定位誤差相比是否顯著，能否忽略不計(jì)；待定點(diǎn)的坐標(biāo)是否可當(dāng)做一組不變的未知數(shù)[5]。無論是采用哪種定位方法，整周模糊度的確定都是至關(guān)重要的，當(dāng)然探測(cè)和修復(fù)整周的跳變，檢驗(yàn)和剔除粗差觀測(cè)值的工作也是不可少的。相對(duì)定位又包括動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位。由于靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，誤差得到了充分的消除，定位精度比較高，所以這種定位方法常用于精密工程測(cè)量、布設(shè)高精度的控制網(wǎng)、測(cè)定地殼的形變和板塊的運(yùn)動(dòng)等高精度測(cè)量。而動(dòng)態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)時(shí)間短，誤差過大，定位精度相對(duì)于靜態(tài)定位較差，不能通過多次長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)來提高定位精度，一般只有那些對(duì)精度要求不高的領(lǐng)域才會(huì)用到，例如車載導(dǎo)航、導(dǎo)彈的制導(dǎo)、飛機(jī)及船舶的控制及管理，又或者是航拍、激光掃描等方面。1.1.3GPS測(cè)量的特點(diǎn)與常規(guī)的測(cè)量方法相比，GPS測(cè)量主要具有以下特點(diǎn)：(1)選點(diǎn)比較靈活，測(cè)站間無需通視測(cè)站間不需要通視，是GPS測(cè)量最具有代表性的特點(diǎn)，解決了常規(guī)測(cè)量方法難以逾越的技術(shù)難題。所以在選點(diǎn)時(shí)，只要測(cè)站上空空間比較開闊，不影響GPS接收機(jī)接收信號(hào)的話，可以只考慮工程控制網(wǎng)的實(shí)際需要來確定點(diǎn)位，保障了工程測(cè)量控制網(wǎng)的圖形質(zhì)量，這樣既方便又節(jié)省時(shí)間。另外，由于GPS測(cè)量對(duì)通視條件要求不高，選點(diǎn)靈活還無需造標(biāo)，省去了測(cè)站點(diǎn)中間的傳遞過渡點(diǎn)，也無需多次架站，大大降低了布網(wǎng)所需要的費(fèi)用。(2)定位的精度很高格式不對(duì)格式不對(duì)較常規(guī)測(cè)量方法而言，GPS定位測(cè)量的精度很高，測(cè)量出的數(shù)據(jù)也很可靠，，沒有誤差積累，可達(dá)到微米級(jí)（常規(guī)測(cè)量毫米級(jí)mm）。尤其是相對(duì)精度，GPS的精度更高，這些都是常規(guī)的測(cè)量方法難以達(dá)到的。在布設(shè)GPS控制網(wǎng)中，布設(shè)的基線距離越大，相對(duì)精度也就越高。然而，隨著現(xiàn)代化工程建設(shè)的不斷發(fā)展，各大工程對(duì)GPS的數(shù)據(jù)處理技術(shù)也提出了新的要求，對(duì)精度的要求也越來越苛刻，所以定位精度還有待進(jìn)一步提高。(3)全天候作業(yè)全天候觀測(cè)，即在一天的24小時(shí)之內(nèi)的任何時(shí)刻都可以進(jìn)行GPS測(cè)量，不受風(fēng)雪雨霧、雷電等天氣狀況的影響。均勻分布在空中的GPS衛(wèi)星，可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得連續(xù)的三維坐標(biāo)。這一特點(diǎn)對(duì)于抗洪救災(zāi)、地震、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)具有重要意義。(4)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高GPS接收機(jī)操作方法非常簡(jiǎn)單，自動(dòng)化和集成化程度也很高，測(cè)繪功能很強(qiáng)大。用GPS接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí),只需一個(gè)人將天線安在測(cè)站的三腳架上，進(jìn)行對(duì)中、整平、量取天線高等操作，打開手簿設(shè)置參數(shù)，設(shè)置好之后便可以進(jìn)行測(cè)量了（當(dāng)然RTK也可以邊走邊測(cè)），測(cè)量計(jì)算出的坐標(biāo)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在接收機(jī)里，能方便快捷的與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了GPS的自動(dòng)化。由于GPS的數(shù)據(jù)采集工作是自動(dòng)進(jìn)行的，基本不受人為控制，不需要再進(jìn)行多余的常規(guī)測(cè)量，減少了人為誤差，極大的保證了測(cè)量的精度。(5)觀測(cè)時(shí)間短，作業(yè)效率高隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷的發(fā)展和完善，動(dòng)態(tài)GPS定位在極短的時(shí)間內(nèi)（數(shù)秒）就可以達(dá)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的精度，而采用靜態(tài)相對(duì)測(cè)量的方法卻需要30min左右?？焖凫o態(tài)定位方法的應(yīng)用，使得測(cè)量精度又提升了一個(gè)臺(tái)階，并且觀測(cè)所需要的時(shí)間更短。比如用GPS接收機(jī)進(jìn)行地籍測(cè)量或者地形圖測(cè)繪，每?jī)扇刖湍艽蛞粋€(gè)點(diǎn)，極大地提高了工作效率，節(jié)省大量費(fèi)用，這些都是傳統(tǒng)測(cè)量方法不能比擬的。所以，在建立工程控制網(wǎng)時(shí)，GPS技術(shù)的應(yīng)用是一種趨勢(shì)，這樣既可以縮短觀測(cè)時(shí)間，又可以提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。(6)可獲得三維坐標(biāo)GPS測(cè)量可以獲得點(diǎn)的三維坐標(biāo)，但是得到的高程是大地高。而在工程建設(shè)、地形測(cè)繪及日常生活中，我們需要的是正常高或者是正高，它們有以下數(shù)學(xué)關(guān)系：h正常高=H大地高-n；h正高=H大地高-N其中n是高程異常，N是大地水準(zhǔn)面的差距。1.1.4GPS外業(yè)測(cè)量工作的實(shí)施GPS外業(yè)測(cè)量工作，即是野外觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集。與傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量不同，GPS外業(yè)觀測(cè)工作一般都是由GPS接收機(jī)自己完成的，除了安置儀器和量取儀器高，參數(shù)設(shè)置等，作業(yè)人員不能加以干預(yù)[6]。GPS外業(yè)測(cè)量的具體實(shí)施可分為兩大部分：（1）實(shí)地踏勘選點(diǎn):采用GPS技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，對(duì)通視要求不大，選點(diǎn)比較靈活，根據(jù)工程的需要，盡可能的選在比較容易進(jìn)行觀測(cè)采集的地方，以便于提高外業(yè)測(cè)量的工作效率。由于GPS外業(yè)測(cè)量使用的是GPS接收機(jī)，接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，所以在選點(diǎn)過程中，一定要按照以下幾種要求來做。首先，點(diǎn)位位置必須是在地質(zhì)條件良好，不容易發(fā)生松動(dòng)的地方，便于補(bǔ)測(cè)和后續(xù)測(cè)量；然后，要觀測(cè)一下點(diǎn)位四周視野是否開闊，不能存在高大建筑物或者電視臺(tái)等大功率無線電信號(hào)發(fā)射地（損壞接收機(jī)天線），而且應(yīng)該遠(yuǎn)離那些能夠遮擋和干擾信號(hào)的地方，免得出現(xiàn)多路徑效應(yīng)；最后，在所選擇的點(diǎn)位及其附近做好標(biāo)記，便于日后的數(shù)據(jù)采集。（2）外業(yè)觀測(cè)記錄：在觀測(cè)之前，首先要對(duì)接收機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，一般包括接收機(jī)的外觀、接收信號(hào)的強(qiáng)度、接收天線的穩(wěn)定性等等。在各項(xiàng)指標(biāo)都合格之后，然后安置儀器，量取天線高，設(shè)置好參數(shù)等操作，根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度，進(jìn)行點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集，接收機(jī)會(huì)自動(dòng)測(cè)量并記錄，觀測(cè)者在手簿上要標(biāo)注點(diǎn)位的特征信息，從而完成了數(shù)據(jù)的采集工作。1.1.5GPS高程測(cè)量采用GPS技術(shù)可以同時(shí)測(cè)出點(diǎn)的三維空間位置，而采用傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)來確定點(diǎn)的空間位置，是分開進(jìn)行的，分別是平面位置和高程位置的確定。采用的方法不同，所以觀測(cè)條件也不相同，在過去，水平位置的測(cè)設(shè)一般是通過測(cè)水平角、測(cè)邊，然后再計(jì)算的方法獲得點(diǎn)位的平面坐標(biāo)的，而點(diǎn)位的高程信息一般是通過水準(zhǔn)測(cè)量的方法獲得的[7]。采用GPS技術(shù)測(cè)得的高程是大地高（橢球高），不是實(shí)際應(yīng)用中的正高或正常高，一般不能直接用于各個(gè)工程及我們的日常生產(chǎn)中，必須通過高程基準(zhǔn)的變換轉(zhuǎn)化成我們成常用的水準(zhǔn)高程，才能加以應(yīng)用。大地高程系統(tǒng)是以參考橢球面為高程基準(zhǔn)面來設(shè)定的，沒有實(shí)際的物理意義；而正高與正常高系統(tǒng)分別則是以大地水準(zhǔn)面、似大地水準(zhǔn)面為參考基準(zhǔn)面的[8]。由于各個(gè)高程系統(tǒng)的參考面不同，具體的用途也不盡相同，但是它們之間是有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，即是可以相互轉(zhuǎn)化的。因?yàn)橥ㄟ^GPS技術(shù)所得到的高程（大地高）精度較高，可達(dá)1厘米左右，觀測(cè)效率又很高，所以GPS水準(zhǔn)的出現(xiàn)，正好彌補(bǔ)了這一缺憾，即是采用GPS技術(shù)測(cè)定點(diǎn)的大地高，通過基于大地水準(zhǔn)面的差距或者高程異常值的確定，從而根據(jù)它們的數(shù)學(xué)關(guān)系，計(jì)算出該點(diǎn)的正高或正常高。具體的數(shù)學(xué)計(jì)算關(guān)系在上文已經(jīng)有所展示，在這里就不多作介紹了。GPS水準(zhǔn)包括兩方面的內(nèi)容，一是大地高的測(cè)定，二是大地水準(zhǔn)面差距或者高程異常的的確定[9]。大地高一般采用GPS技術(shù)和方法來確定，而確定大地水準(zhǔn)面差距或高程異常一般采用以下幾種技術(shù)方法：(1)天文大地法，即利用天文大地點(diǎn)的垂線偏差，結(jié)合大地測(cè)量成果來確定大地水準(zhǔn)面的差距。該方法具有很大的局限性，只有在具有天文坐標(biāo)的區(qū)域才能使用。其精度受多方面因素影響，整體精度可達(dá)幾米；(2)大地水準(zhǔn)面模型法，是以球諧重力位系數(shù)為基本數(shù)據(jù)，這種方法在海洋、陸地中用途廣泛。其絕對(duì)精度可達(dá)1米，目前的技術(shù)可達(dá)幾個(gè)厘米；(3)重力測(cè)量法，以地面重力觀測(cè)值為基本數(shù)據(jù)，計(jì)算點(diǎn)附近的區(qū)域必須要有良好的重力特性。其精度較高，相對(duì)精度更高；(4)幾何內(nèi)插法，該方法很簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的軟件進(jìn)行計(jì)算，適用于一些較平緩的地區(qū)。其精度可達(dá)1分米；(5)殘差模型法，以模型殘差值為基本數(shù)據(jù)，克服了幾何內(nèi)插的一些缺點(diǎn)，用途廣泛。由于大地水準(zhǔn)面差距或高程異常值的確定過程中，存在諸多因素的影響，GPS水準(zhǔn)的精度還不夠高。這些因素包括大地水準(zhǔn)面的平滑程度、地面重力觀測(cè)值覆蓋的密度和質(zhì)量、衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度與可靠性等。為了提高和保證GPS水準(zhǔn)的精度，必須通過提高GPS測(cè)量大地高的精度才能實(shí)現(xiàn)，首先，必須徹底的改正和消除GPS觀測(cè)值中的電離層延遲誤差和多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，至于電離層延遲誤差的改正和消除可以使用雙頻GPS接收機(jī)，多路徑效應(yīng)的消除可以使用帶有抑徑板或抑徑圈的天線，最好是使用相同類型的天線；其次，對(duì)點(diǎn)的觀測(cè)要選擇在不同的時(shí)段和大氣條件下，利用不同的衛(wèi)星基座，并且進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的多次觀測(cè)，以便于削弱系統(tǒng)誤差對(duì)大地高程造成的影響；另外在基線解算時(shí)，對(duì)對(duì)流層延遲進(jìn)行誤差估計(jì)和精密星歷的使用，可以有效的減小衛(wèi)星的軌道偏差和對(duì)流層延遲誤差，從而達(dá)到提高GPS高程測(cè)量的精度。GPS高程的測(cè)量精度提高了，GPS水準(zhǔn)的精度自然也就提高了。1.1.6GPS網(wǎng)的建立及質(zhì)量控制近年來，隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和完善，GPS的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)建立不同類型和不同精度的控制網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)也屬于這個(gè)范疇。在確定點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，不一定要布網(wǎng)，可以直接用GPS進(jìn)行測(cè)量，但是往往這樣的觀測(cè)結(jié)果不盡人意，有些誤差或者粗差不能得到有效的處理，缺乏可靠性。而GPS網(wǎng)的建立，就有效的解決了這個(gè)問題。因?yàn)樗梢岳镁W(wǎng)中點(diǎn)與點(diǎn)之間、基線向量與基線向量之間、點(diǎn)與基線向量之間的相關(guān)性，用來消除觀測(cè)值和起算數(shù)據(jù)中所存在的誤差。從而，GPS網(wǎng)更具可靠性，更加的能令人信服。采用GPS定位技術(shù)建立的測(cè)量控制網(wǎng)統(tǒng)稱為GPS網(wǎng)，它是由GPS點(diǎn)和基線向量組成的。因?yàn)榫哂泻芨叩木燃翱煽啃裕瓤梢杂糜诳刂茰y(cè)量，又可以用于變形監(jiān)測(cè)。一般情況下，在進(jìn)行GPS網(wǎng)測(cè)量時(shí)，在每一個(gè)點(diǎn)上都要進(jìn)行一次或者多次觀測(cè)，網(wǎng)的等級(jí)和質(zhì)量不同，觀測(cè)次數(shù)也不盡相同，以此來確保幾何圖形的圖形質(zhì)量及觀測(cè)成果的精度和可靠性。在進(jìn)行GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)過程中，一般采用多臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，已達(dá)到同步觀測(cè)的目的，這樣可以確保GPS接收機(jī)在同一時(shí)間所處的狀態(tài)相同，消除了測(cè)站之間由于衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘、電離層延遲等因素所造成的網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)誤差，也保證了圖形的質(zhì)量和相對(duì)定位的精度可靠性。根據(jù)GPS網(wǎng)觀測(cè)作業(yè)的方式，可以把GPS的布網(wǎng)形式分為以下幾種：跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、單基準(zhǔn)站式和同步圖形擴(kuò)展式。對(duì)于不用的工程及其所需要的精度要求，布網(wǎng)形式一般也不同。布設(shè)精度很高的A級(jí)網(wǎng)時(shí)，一般采用跟蹤站式的布網(wǎng)形式，因?yàn)椴捎酶櫿臼降牟季W(wǎng)形式，必須在網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)上都要安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行常年不間斷全天候的連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，具有很高的精度及可靠性，當(dāng)然觀測(cè)所需要的費(fèi)用以及成本也很高，一般不用來布設(shè)等級(jí)較低的控制網(wǎng)。會(huì)戰(zhàn)式布網(wǎng)形式，即是在短期內(nèi)，運(yùn)用多臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)作業(yè)，對(duì)網(wǎng)內(nèi)的同一批點(diǎn)進(jìn)行多天、長(zhǎng)時(shí)間的同步觀測(cè)，精度也很高，也很可靠。一般情況下，GPS接收機(jī)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)的數(shù)量多，可以采用全部的接收機(jī)對(duì)網(wǎng)內(nèi)的一部分點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)，這一批點(diǎn)觀測(cè)完之后，再對(duì)網(wǎng)內(nèi)的其他點(diǎn)，依次進(jìn)行下去，直至網(wǎng)內(nèi)所有的點(diǎn)都觀測(cè)完畢。由于這種布網(wǎng)形式觀測(cè)費(fèi)用也較高，常用于B級(jí)網(wǎng)的布設(shè)。采用多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)形式來布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)，用若干臺(tái)GPS接收機(jī)固定在至少四個(gè)點(diǎn)上，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，作為基準(zhǔn)站，在其周圍再用剩下接收機(jī)在這幾點(diǎn)周圍進(jìn)行小范圍的網(wǎng)觀測(cè)，周圍的流動(dòng)站與基準(zhǔn)站存在一定的相關(guān)性，圖形質(zhì)量得以保證。由于基準(zhǔn)站長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，精度和可靠性都很高，基線向量的質(zhì)量也很高。這種布網(wǎng)形式的觀測(cè)費(fèi)用不是太高，可用于C、D、E級(jí)網(wǎng)的建立。同步圖形擴(kuò)展時(shí)的布網(wǎng)方式的測(cè)量也稱為網(wǎng)模式測(cè)量，是用多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)并形成同步圖形，觀測(cè)結(jié)束后移到其他測(cè)站上繼續(xù)進(jìn)行同步觀測(cè)，直至測(cè)完為止。GPS網(wǎng)全部由同步觀測(cè)圖形組成，各個(gè)圖形之間都有公共點(diǎn)相連，，圖形強(qiáng)度很高。由于作業(yè)方法非常簡(jiǎn)單，圖形擴(kuò)展速度快，同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng)方式成為了布設(shè)B、C、D、E級(jí)網(wǎng)的最常用的布網(wǎng)形式。顧名思義，單基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)形式是以一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站而進(jìn)行的連續(xù)觀測(cè)，其他接收機(jī)作為流動(dòng)站進(jìn)行觀測(cè)。，觀測(cè)的基線圍繞基準(zhǔn)站呈現(xiàn)發(fā)散狀，故又稱為星形網(wǎng)形式。這種布網(wǎng)方式觀測(cè)的效率很高，但是圖形強(qiáng)度很弱，與其他觀測(cè)點(diǎn)的相關(guān)性不是很大，所以說精度和可靠性都很低，一般不用于控制網(wǎng)的布設(shè)。GPS網(wǎng)根據(jù)基本圖形的形式，可分為三角形網(wǎng)、多邊形網(wǎng)、附合導(dǎo)線網(wǎng)、星形網(wǎng)，顧名思義，其基本圖形分別是由三角形、多邊形、附合導(dǎo)線、支導(dǎo)線，而這些基本圖形又都是由獨(dú)立的基線向量構(gòu)成的。其中的三角形網(wǎng)幾何強(qiáng)度好，抗粗差能力強(qiáng)，具有很高的精度與可靠性，但是觀測(cè)工作極其復(fù)雜，工作量大，需要的費(fèi)用也多，一般情況下我們不采用這種網(wǎng)形。GPS網(wǎng)的質(zhì)量指的是網(wǎng)的精度和網(wǎng)的可靠性，其精度是一些誤差精度指標(biāo)共同作用的結(jié)果，其可靠性反應(yīng)了GPS網(wǎng)發(fā)現(xiàn)和抵御觀測(cè)值與起算數(shù)據(jù)中含有的粗差的能力。GPS網(wǎng)的成果質(zhì)量與GPS基線向量的質(zhì)量、常規(guī)地面觀測(cè)值得質(zhì)量、起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量、GPS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)處理方法的完備性等因素都存在很大的相關(guān)性，也就是說這些因素的質(zhì)量決定了GPS網(wǎng)的質(zhì)量。其中基線向量的質(zhì)量對(duì)GPS網(wǎng)質(zhì)量影響較大，在測(cè)量過程中，必須采取措施加以控制，數(shù)據(jù)處理時(shí)，也要采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右愿恼托迯?fù)；距離、角度、方向、高差等常規(guī)地面觀測(cè)值對(duì)GPS網(wǎng)質(zhì)量也有影響，這些觀測(cè)值的質(zhì)量取決于它們觀測(cè)方法是否合理，實(shí)施是否正確；起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量取決于起算數(shù)據(jù)的精度、數(shù)量及其分布狀況，也就是說原有的觀測(cè)資料的精度和可靠性也能影響GPS網(wǎng)的質(zhì)量；GPS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，內(nèi)在相關(guān)性越大，GPS網(wǎng)的質(zhì)量也就越高；由于數(shù)據(jù)處理方法和處理模型、處理軟件和解算方案的的不同，所獲得的結(jié)果也不相同，必須采取統(tǒng)一的方案對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，才能確保GPS數(shù)據(jù)處理的成果質(zhì)量。所以，對(duì)于GPS網(wǎng)的中間產(chǎn)品及最終成果進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和改善是非常有必要的，對(duì)成果加以評(píng)定，把不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的中間產(chǎn)品及成果要加以舍棄，以此來提高和控制GPS網(wǎng)的質(zhì)量。提高GPS網(wǎng)質(zhì)量主要是通過提高GPS網(wǎng)的精度和可靠性的方法來實(shí)現(xiàn)的，提高GPS網(wǎng)質(zhì)量的方法主要有以下幾種：（1）同步觀測(cè)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)并獲得他們之間的基線向量，因?yàn)橄噜忺c(diǎn)的相對(duì)精度較高；（2）建立框架網(wǎng)，作為GPS網(wǎng)的骨架結(jié)構(gòu)，增大各個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與基線、基線與基線的相關(guān)性；（3）布網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)中不得超過六條最簡(jiǎn)異步環(huán)，保證每個(gè)測(cè)站連接的獨(dú)立基線不少于三條；（4）引入高精度的激光測(cè)距儀，測(cè)出基線向量的距離并作為起算邊長(zhǎng)；（5）網(wǎng)中的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能的多，且均勻分布在網(wǎng)的周圍；還可以通過增加精度較高的獨(dú)立基線來提高GPS網(wǎng)的精度；（6）適當(dāng)?shù)脑黾佑^測(cè)期數(shù)和重復(fù)觀測(cè)次數(shù)，以便于增加獨(dú)立基線數(shù)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)人為因素造成的影響。通過這些方法的運(yùn)用，GPS網(wǎng)的精度與可靠性得到了保證，從而也提高了GPS網(wǎng)的質(zhì)量。1.1.7GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過程可劃分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，都是采用隨機(jī)軟件來完成[10]。其中基線解算即是對(duì)GPS原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得同步觀測(cè)網(wǎng)的基線解；網(wǎng)平差是對(duì)各同步網(wǎng)進(jìn)行整體平差和分析,獲得GPS網(wǎng)的整體解。經(jīng)過基線解算、網(wǎng)平差、精度分析和成果質(zhì)量檢核之后，便可得到需要的成果?；€的解算,應(yīng)采用IGS精密星歷，重點(diǎn)都在于對(duì)同步網(wǎng)的基線處理解算。而對(duì)于GPS網(wǎng)平差計(jì)算方法和精度評(píng)定及控制方面，基本沒有很好的處理模型，尤其是在多個(gè)子網(wǎng)的系統(tǒng)誤差分析、粗差分析及隨機(jī)誤差處理方面更為顯著[11]。目前。國(guó)內(nèi)著名的GPS平差軟件有:原武漢測(cè)繪科技大學(xué)研制的GPSADJ系列平差處理軟件及同濟(jì)大學(xué)的TGPPS靜態(tài)定位后處理軟件，而國(guó)際上著名的平差軟件有瑞士Bernese大學(xué)的Bernese軟件,美國(guó)的GAMIT/GLOBK軟件,德國(guó)GFZ的EPOS.V3,美國(guó)JPL的GIPSY軟件等，這些軟件主要是對(duì)經(jīng)過GPS平差軟件處理后的結(jié)果進(jìn)行三維和二維平差。使用這些數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行GPS網(wǎng)平差和分析,可以按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:（1）提取基線向量；（2）構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)；（3）三維無約束平差；（4）約束平差/聯(lián)合平差；（5）質(zhì)量分析與控制；（6）輸出最終結(jié)果。格式？？以中海達(dá)GPS接收機(jī)靜態(tài)測(cè)量為例，運(yùn)用南方測(cè)繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理GPS靜態(tài)接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)。首先，必須要將第一手的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為通用格式（Renix）的數(shù)據(jù)文件，然后用南方GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理所得到的轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)文件，其實(shí)GPS處理軟件主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算、無約束平差、約束平差、精度分析和輸出成果等工作。其具體處理步驟如下圖：格式？？GPS數(shù)據(jù)處理具體步驟編號(hào)呢？？編號(hào)呢？？對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無約束平差和約束平差，主要是對(duì)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量做一個(gè)檢核，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)不合格的成果，可以采用相應(yīng)的措施加以補(bǔ)救，免得費(fèi)工費(fèi)時(shí)，造成不必要的損失[12]。1.1.8GPS定位中的誤差來源與削弱或消除措施在GPS定位中，會(huì)出現(xiàn)各種誤差，總的而言，可分為偶然（隨機(jī)）誤差和系統(tǒng)誤差（偏差）。其中，一般情況下，系統(tǒng)誤差對(duì)定位造成的影響比較大，而且誤差又會(huì)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。單論誤差源所造成的誤差來說，誤差可分為三類：發(fā)射信號(hào)的衛(wèi)星產(chǎn)生的誤差、信號(hào)傳播過程中造成的誤差、接收信號(hào)的接收機(jī)造成的誤差。有關(guān)衛(wèi)星的誤差包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的鐘誤差、相對(duì)論效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，其中相對(duì)論效應(yīng)指的是衛(wèi)星鐘與接收機(jī)鐘狀態(tài)不同步引起的相對(duì)鐘誤差；由于衛(wèi)星信號(hào)的傳播需要經(jīng)過電離層（有帶電粒子）、平流層、對(duì)流層（大氣）等，影響信號(hào)的傳播速度與傳播路徑，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的延遲誤差或多路徑效應(yīng)；而接收機(jī)的誤差指的是接收機(jī)的鐘誤差、位置誤差、測(cè)量噪聲誤差[13]。由于系統(tǒng)誤差對(duì)衛(wèi)星與觀測(cè)點(diǎn)的距離測(cè)量造成的影響太大，與實(shí)際測(cè)量相差過大，對(duì)定位精度有極大的危害，必須加以消除和大幅度的削弱。建立誤差改正模型、求差、選擇較好的觀測(cè)條件和硬件設(shè)施等方法的使用，都能夠有效的消除和削弱這些誤差造成的定位影響[14]。通過對(duì)誤差的特性、機(jī)制研究分析而建立的理論公式，又或者是根據(jù)成批的觀測(cè)數(shù)據(jù)整合而成的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停只蛘呤遣捎脙煞N方法融合而成的綜合改正模型。通過對(duì)觀測(cè)值的數(shù)據(jù)處理和平差，利用其相關(guān)性，進(jìn)行求差，有的還要進(jìn)行求二次差，這種方法比較精確，所以它可以大幅度的削弱和消除誤差的影響。而信號(hào)傳播過程中產(chǎn)生的多路徑效應(yīng)，采用求差的方法卻不能消除誤差影響，也難以建立適當(dāng)?shù)母恼Ｐ?，只有通過觀測(cè)條件的改善和質(zhì)量更好硬件設(shè)施的應(yīng)用，才能盡量減小誤差造成的定位影響，例如選擇較好的接收機(jī)和天線，選擇較好的觀測(cè)時(shí)段，遠(yuǎn)離干擾源和反射物等。1.1.9GPS的應(yīng)用GPS由于精度高的特點(diǎn)。不僅可以提供精確的位置信息（定位），還可以精確的提供時(shí)間和速度等信息，滿足了不同用戶的需求。與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一樣，GPS技術(shù)也在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在測(cè)量、軍事、交通運(yùn)輸、大氣研究等領(lǐng)域。正在深刻的影響著人類的日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)和科學(xué)研究。下面簡(jiǎn)單介紹一下在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用：（1）在軍事：原來研制組建GPS的最初目的就是用于軍事上，它可以為導(dǎo)彈提供精密制導(dǎo)，精確的命中目標(biāo)并摧毀重要的軍事目標(biāo)，尤其是在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中。例如在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)及2003年的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美英各國(guó)使用的精確制導(dǎo)武器占了武器總數(shù)的70%，這是一個(gè)多么夸張的比例?。。?）在測(cè)量領(lǐng)域：在大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)中，GPS用來建立和維持國(guó)際地球參考框架、測(cè)定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，建立和維持區(qū)域性的動(dòng)態(tài)參考框架、大地定位。在工程測(cè)量中，GPS可以布設(shè)各種類型的控制點(diǎn)和控制網(wǎng)、變形監(jiān)測(cè)和一般的工程測(cè)量(對(duì)精度要求不高)，相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法具有不可比的優(yōu)勢(shì)，并且也能保證工程所需要的精度要求。GPS在航測(cè)和遙感中，用來進(jìn)行空中三角測(cè)量和遙感衛(wèi)星定軌。此外，GPS還可用在地籍和地形的測(cè)量中，用來確定土地的權(quán)屬和位置信息、地形的起伏等變化。其中，GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，下文將給于詳細(xì)介紹。（3）在交通運(yùn)輸業(yè)：GPS可以為飛機(jī)、船舶、車輛等提供導(dǎo)航和管理服務(wù)，可以在大霧、大風(fēng)等不利的天氣條件下完成導(dǎo)航，更加實(shí)用和方便。（4）在氣象學(xué)：GPS用于收集氣象資料，測(cè)定電離層延遲并建立電離層延遲模型，大幅度的提高時(shí)間分辨率和空間分辨率，是傳統(tǒng)的氣象儀器不可比擬的。（5）另外，GPS還用于精細(xì)農(nóng)業(yè)林業(yè)的病蟲害防治、資源勘探、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、移動(dòng)位置服務(wù)等領(lǐng)域中，例如在森林火災(zāi)的位置和范圍、石油與煤礦的勘測(cè)、沙塵暴監(jiān)測(cè)等方面，這些都是采用常規(guī)測(cè)量方法難以做到的。移動(dòng)定位服務(wù)是GPS技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合提供的，于是GPS導(dǎo)航儀就應(yīng)運(yùn)而生了，甚至是手表式的GPS導(dǎo)航儀，用戶越來越多，市場(chǎng)潛力十分巨大。1.2變形監(jiān)測(cè)技術(shù)1.2.1變形監(jiān)測(cè)的含義及分類 怎么有空白？？怎么有空白？？變形監(jiān)測(cè)又可以稱為變形觀測(cè)或者變形測(cè)量，它是對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象或物體（簡(jiǎn)稱變形體）的空間位置進(jìn)行測(cè)量以確定其形態(tài)隨時(shí)間而發(fā)生的變化特征，是對(duì)變形體自身形變和剛體位移的幾何量的監(jiān)測(cè)[15]。它包括工程的變形監(jiān)測(cè)、區(qū)域性的變形監(jiān)測(cè)、全球性的變形監(jiān)測(cè)。對(duì)于工程的變形監(jiān)測(cè)來說：“監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，分析是手段，預(yù)報(bào)是目的”。變形體一般指的是與工程建設(shè)有關(guān)的工程建筑物、機(jī)器設(shè)備以及其他的自然或人工對(duì)象，例如鐵路（高鐵）、大壩、隧道、高層建筑物、地下工程、橋梁、大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等都可成為工程變形體。區(qū)域性的變形監(jiān)測(cè)是針對(duì)區(qū)域性的地殼形變和地面沉降而進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。全球性的變形監(jiān)測(cè)是指對(duì)地球自轉(zhuǎn)速率變化、地殼形變、潮汐、極移、全球板塊運(yùn)動(dòng)等地球自身的動(dòng)態(tài)變化而進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)分為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與靜態(tài)監(jiān)測(cè)。動(dòng)態(tài)變形必須通過持續(xù)的監(jiān)測(cè)測(cè)量才能得到，因?yàn)檫@種變形一般都是變形體在外力的作用下發(fā)生的變形，變形較快；而靜態(tài)變形必須通過進(jìn)行周期性的測(cè)量才能發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠湫巫冞^程較為緩慢，不容易被人看出來。變形監(jiān)測(cè)測(cè)量可以為變形分析和變形預(yù)報(bào)提供第一手基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1.2.2變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及特點(diǎn)總的來說，變形監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)巡視、滲流監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、環(huán)境量監(jiān)測(cè)等幾個(gè)方面?，F(xiàn)場(chǎng)巡視在變形監(jiān)測(cè)中也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，在工程現(xiàn)場(chǎng)施工和運(yùn)營(yíng)期間，也是必須要做的，不能缺少的過程。巡查的次數(shù)應(yīng)該根據(jù)工程的施工進(jìn)度等現(xiàn)場(chǎng)具體情況來決定。其中，位移監(jiān)測(cè)主要有水平位移監(jiān)測(cè)、沉降觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、撓度觀測(cè)等；滲流觀測(cè)主要是對(duì)地下水位和壓力的監(jiān)測(cè)。具體來說的話，位移監(jiān)測(cè)就是對(duì)變形體的沉降（垂直位移）、水平位移、擾度、裂縫、傾斜、彎曲、偏距、扭轉(zhuǎn)、震動(dòng)等進(jìn)行的測(cè)量，主要是發(fā)現(xiàn)變形體幾何量的變化。除了上面所說的之外，還包括與變形有關(guān)的物理量的監(jiān)測(cè)，例如滑坡、高邊坡、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、風(fēng)向、氣壓、滲壓等的觀測(cè)。與常規(guī)的測(cè)量工作相比，變形監(jiān)測(cè)主要具有周期性重復(fù)觀測(cè)、精度要求高、觀測(cè)技術(shù)多等特點(diǎn)。對(duì)于不同的任務(wù)，變形監(jiān)測(cè)所要求的精度不同。一般情況下，在對(duì)工程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，必須精確測(cè)定變形體的空間位置，從而根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)比來判斷變形體是否發(fā)生變形；有的變形很微小，肉眼看不出來，所以它對(duì)精度的要求較高。例如，大壩的水平位移監(jiān)測(cè)精度要控制在1mm之內(nèi)。但是，周期性重復(fù)觀測(cè)卻是變形監(jiān)測(cè)的最大特點(diǎn)，所謂的周期性重復(fù)觀測(cè)就是周期性的對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次觀測(cè)，觀測(cè)的時(shí)間間隔是固定的，在觀測(cè)過程中，觀測(cè)方案，觀測(cè)條件、測(cè)量人員和作業(yè)方法都要一致，不能隨意進(jìn)行更改。在一定的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)周期的測(cè)量工作，此時(shí)間間隔稱為觀測(cè)周期。第一次觀測(cè)周期稱為初始周期或零周期。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，變形監(jiān)測(cè)技術(shù)也在隨著發(fā)生變化，并得到了不斷地豐富和提高，尤其是新技術(shù)的應(yīng)用，例如GPS、測(cè)量機(jī)器人、光纖傳感技術(shù)、CT技術(shù)、激光技術(shù)等，這些技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了變形監(jiān)測(cè)工作的效率和自動(dòng)化，減輕了測(cè)量工作的勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是實(shí)現(xiàn)了高精度、測(cè)量數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。1.2.3變形監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型為了準(zhǔn)確而合理的處理變形監(jiān)測(cè)資料和成果，確定變形發(fā)生的原因及其規(guī)律，對(duì)建筑物的安全性做出判斷并預(yù)報(bào)，這些都需要經(jīng)過對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理分析、建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型才能解決，而不是單單的對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料做一個(gè)初步的處理，只有這樣，才能找出變形在空間的分布情況及其在時(shí)間上的發(fā)展規(guī)律性，才能掌握形變大小與各種內(nèi)外因素的關(guān)系，并確定建筑物的變形是否異常和變形的發(fā)展趨勢(shì)，以便于采取及時(shí)而適當(dāng)?shù)拇胧┘右苑婪?，防止因變形量過大而發(fā)生事故和災(zāi)害。目前，我們常用的數(shù)學(xué)模型可分為：統(tǒng)計(jì)分析模型、確定性模型、灰色系統(tǒng)分析模型、時(shí)間序列分析模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模型等。其中統(tǒng)計(jì)分析模型是根據(jù)建筑物變形量與各種內(nèi)外部因素的關(guān)系而總結(jié)出來的一種數(shù)學(xué)模型，它呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。這種數(shù)據(jù)處理方法稱為回歸分析法，在變形監(jiān)測(cè)資料的分析中占有重要地位[16]。統(tǒng)計(jì)分析模型可分為一元線性統(tǒng)計(jì)模型、多元線性統(tǒng)計(jì)模型、逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型幾種；而確定性模型則是根據(jù)變形體的結(jié)構(gòu)分析、荷載組合情況，應(yīng)力與變形之間的關(guān)系而建立的，這種模型能夠進(jìn)一步的表達(dá)出變形體或建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形變趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)分析模型與確定性模型結(jié)合而成的混合模型，集兩種模型的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加的廣泛；灰色系統(tǒng)分析模型是根據(jù)因子間的影響程度或因子對(duì)主行為的貢獻(xiàn)度而建立的，提供了一種在信息不完全的情況下解決隨機(jī)問題的數(shù)據(jù)處理方法。在灰色關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)聯(lián)度一般會(huì)隨著數(shù)據(jù)處理方法的不同而發(fā)生變化，但關(guān)聯(lián)序則不會(huì)隨之發(fā)生改變，所以對(duì)于關(guān)聯(lián)序的分析會(huì)更加穩(wěn)定和實(shí)用；而時(shí)間序列分析模型是利用觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在相關(guān)性建立的數(shù)學(xué)模型，它是一種動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)處理方法，用來描述客觀現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)特征。在實(shí)際運(yùn)用中，變形體變形量大小與作用因子之間不一定是線性關(guān)系，選擇用逐步回歸統(tǒng)計(jì)模型來處理變形觀測(cè)的資料，是再適合不過了。但是，回歸因子的選擇不好確定，必須留下那些作用顯著的因子，作用微弱的因子剔除出去。只有初步找出變形體與作用因素之間的函數(shù)關(guān)系，才能夠建立回歸方程和回歸模型[17]。所以說初選因子的確定，就顯得尤為重要。通常情況下，初選因子可以根據(jù)對(duì)變形監(jiān)測(cè)資料中圖表的分析來確定，有些還要憑借經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)來判斷，也可通過對(duì)變形的相關(guān)因素與結(jié)構(gòu)應(yīng)力的初步分析加以確定。1.2.4變形監(jiān)測(cè)的作用變形監(jiān)測(cè)的作用主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）分析和評(píng)價(jià)變形體的安全狀態(tài)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性，修改不合理的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，如改善建筑的物理參數(shù)、地基強(qiáng)度參數(shù)，還能反饋設(shè)計(jì)的施工質(zhì)量，尤其在工程的施工和運(yùn)營(yíng)階段，都必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。如果監(jiān)測(cè)測(cè)量出的變形大小在允許范圍內(nèi)，屬于正?，F(xiàn)象，如若超過了一定的限度，就對(duì)工程的安全造成隱患，不能正常使用。及時(shí)的監(jiān)測(cè)工程建筑物、機(jī)器設(shè)備或者與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造變形，計(jì)算其變形大小，并對(duì)之安全性、穩(wěn)定性做出正確的判斷，便于采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖幚砗徒鉀Q，提前發(fā)現(xiàn)，從而保障了工程的安全，防止了事故的發(fā)生。特別是對(duì)于大型水力發(fā)電廠、核力發(fā)電廠、高速鐵路、大型水利樞紐工程、火箭發(fā)射場(chǎng)、粒子加速器等大型精密特種工程的安全具有重要意義。（2）大量的積累監(jiān)測(cè)分析資料，研究正常的變形規(guī)律及特征，預(yù)報(bào)變形的大小，這樣便能更好的解釋變形的原因，確定變形的趨勢(shì)，為研究變形監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的理論和方法提供了理論依據(jù)，奠定了基礎(chǔ)，提高了變形體的抗災(zāi)能力。例如，可以通過監(jiān)測(cè)滑坡隨時(shí)間的變化過程，可以研究引起滑坡的誘因，預(yù)報(bào)滑坡災(zāi)害的大面積發(fā)生；通過對(duì)技術(shù)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，可以保證設(shè)備的安全、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路提供了技術(shù)數(shù)據(jù)，通過對(duì)礦山的開采引起的變形的觀測(cè)，可提前采用控制開挖量，加固變形處，也許就能避免一場(chǎng)礦難的發(fā)生。2GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)及不足分析2.1GPS在變形監(jiān)測(cè)測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)分析隨著GPS空間測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的成熟，以其精度高、全天候、測(cè)點(diǎn)間無需通視、自動(dòng)化程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于工程的變形測(cè)量、大地測(cè)量等各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域。在工程的變形監(jiān)測(cè)中，GPS的應(yīng)用越來越普遍，發(fā)揮著傳統(tǒng)測(cè)量方法無可比擬的作用。除了前面所提到的GPS諸多優(yōu)點(diǎn)，本文主要講述一下GPS在變形監(jiān)測(cè)中的儀器優(yōu)勢(shì)和在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，具體如下：2.1.1儀器上的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器有全站儀，水準(zhǔn)儀，經(jīng)緯儀、傳感器等，這些儀器容易受天氣狀況、通視條件的影響，但是隨著新興測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，近年來，測(cè)量?jī)x器越來越先進(jìn)，更加的趨于自動(dòng)化、智能化，功能越來越多，操作更加方便易學(xué)；同時(shí)，儀器的精度也越來越高。由于集成化電路的運(yùn)用，儀器的價(jià)格也越來越便宜，被廣泛的應(yīng)用于測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域。例如，GPS接收機(jī)、電子全站儀、陀螺儀、掃描儀、測(cè)量機(jī)器人等。自從20世紀(jì)90年代后，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性變化。GPS作為一種跨時(shí)代的現(xiàn)代空間科學(xué)技術(shù)，已逐漸在越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。全站儀的也是精度和自動(dòng)化程度很高的測(cè)量?jī)x器，可同時(shí)測(cè)得測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)以及測(cè)點(diǎn)間的距離，應(yīng)用也較廣泛，但容易受通視條件、測(cè)量距離、天氣狀況等因素的制約。水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀分別是單純的測(cè)高程測(cè)角儀器。而GPS的使用，可同時(shí)測(cè)量出控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，減小了誤差積累，不需站間通視，不需要造標(biāo)，它使建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)的測(cè)量變得簡(jiǎn)單易行、省工省時(shí)又精確。在工程變形監(jiān)測(cè)方面，以GPS為主的空間定位技術(shù)、地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專用的測(cè)量技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的工程變形監(jiān)測(cè)方法相比，GPS變形監(jiān)測(cè)測(cè)量技術(shù)在精度、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。GPS技術(shù)在精度上的優(yōu)越性使得它逐步地取代傳統(tǒng)的地面監(jiān)測(cè)測(cè)量方法、光學(xué)和電子測(cè)量?jī)x器。GPS這項(xiàng)技術(shù)的使用，大幅度的提高了測(cè)量的工作效率，也保證了測(cè)量所需要的精度，大大降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了大筆的測(cè)量經(jīng)費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所以，GPS等測(cè)量技術(shù)的使用，就顯得迫切而必要了。2.1.2在數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì) GPS在變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及GPS數(shù)據(jù)處理模型的建立。隨著GPS技術(shù)及其理論的快速發(fā)展，多天線GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、單歷元GPS變形數(shù)據(jù)處理模型等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法和數(shù)據(jù)處理模型也應(yīng)運(yùn)而生了。它不僅為動(dòng)態(tài)變形體的變形監(jiān)測(cè)提供了新的途徑，而且變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集得到大幅度的提升，數(shù)據(jù)量暴增，使變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集越來越容易。變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集變得簡(jiǎn)單了，但是數(shù)據(jù)卻明顯表現(xiàn)出一定的非線性特征；同時(shí)，運(yùn)用GPS技術(shù)采集的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，必然包含了噪聲與粗差等特征造成的影響，使得變形監(jiān)測(cè)的預(yù)報(bào)工作變的更加困難。所以說，提取非線性理論的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特征就成了關(guān)鍵，只有掌握了這些，才能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的預(yù)報(bào)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與分析工作主要集中在數(shù)據(jù)的降噪、粗差診斷以及變形預(yù)報(bào)的研究方面，而關(guān)于變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的非線性特征的研究還很少。但是預(yù)報(bào)模型的改進(jìn)工作主要集中在模型自身的參數(shù)調(diào)整設(shè)置，以便更好的與變形的內(nèi)在特征相結(jié)合。運(yùn)用GPS單歷元變形監(jiān)測(cè)處理模型來解算動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過降噪、濾差等預(yù)處理，以便最大可能的提取與修復(fù)有效信息，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)非線性特征的提取以及進(jìn)一步的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。常用的信號(hào)降噪方法有小波變換法、卡爾曼（KALMAN）濾波模型、FFT變換法等，而粗差的識(shí)別則可以用多尺度粗差識(shí)別技術(shù)或者擬合法等方法來修復(fù)粗差特征造成的定位誤差。因此，綜合的應(yīng)用非線性科學(xué)中的具體理論模型來進(jìn)行特征的提取和量化，充分利用那些符合物理特性量化特征的數(shù)據(jù)（反之則刪除或舍棄），把這些數(shù)據(jù)放到預(yù)報(bào)模型中加以修正。如果還不行的話，就應(yīng)該建立新的有效的預(yù)測(cè)模型，從而為變形體的監(jiān)測(cè)提供技術(shù)和理論依據(jù)。小波變換降噪方法本質(zhì)上是一種帶通濾波器的信號(hào)處理方法。通過正交小波快速分解算法，將信號(hào)在不同頻率帶上分離，從而在不同尺度上展現(xiàn)信號(hào)的不同特征。利用小波變換法降噪的步驟如下：（1）通過某種特定規(guī)則，確定閾值；（2）對(duì)不同頻帶上的小波變換系數(shù)進(jìn)行量化（包括軟閾值和硬閾值的量化）；（3）通過重構(gòu)算法恢復(fù)信號(hào)。經(jīng)過降噪處理后，包含在數(shù)據(jù)序列中的高頻噪聲信息被濾除掉了，很好的描述了動(dòng)態(tài)變形體的形變大小。與傳統(tǒng)的降噪分析方法相比，小波變換降噪分析方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過小波變換和MALLAT多尺度分析算法，不僅可以反映監(jiān)測(cè)信號(hào)的內(nèi)在特征，描述變形體的形變軌跡，還可以分離出形變信號(hào)中可用的數(shù)據(jù)，便于進(jìn)一步的提取信號(hào)特征與變形預(yù)報(bào)。變形觀測(cè)數(shù)據(jù)一般可分為兩種：一種是監(jiān)測(cè)網(wǎng)的周期觀測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些周期性觀測(cè)的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)，然后對(duì)參考點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)和周期間的疊合分析，從而得到目標(biāo)點(diǎn)的位移量；另一種是各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的某一種特定的形成時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如該點(diǎn)的沉降值、某一方向上的位移值以及其他與變形監(jiān)測(cè)有關(guān)的量如氣溫、體溫、水溫、水位、應(yīng)力、應(yīng)變等，對(duì)它們進(jìn)行回歸分析、相關(guān)分析、時(shí)序分析、統(tǒng)計(jì)分析和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，確定變形的過程及趨勢(shì)。此外，還應(yīng)進(jìn)一步對(duì)變形體做變形模型分析，進(jìn)行變形模型參數(shù)（如剛體變形）及相對(duì)形變參數(shù)估計(jì)和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)?？偟脕碚f，變形監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，變性分析是手段，變形預(yù)報(bào)是目的，變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理的過程就是進(jìn)行變形分析和預(yù)報(bào)的過程。2.2GPS在變形監(jiān)測(cè)中的不足分析GPS技術(shù)除了上面所說的諸多優(yōu)點(diǎn)之外，到目前為止，仍存在著一些不足和局限性，應(yīng)該進(jìn)一步的加以改善和研究[18]，其中不足之處有：（1）載波相位觀測(cè)值含有較多噪聲、粗差特征，信號(hào)處理不夠準(zhǔn)確，如今通常采用小波變換、卡爾曼濾波模型等方法來降噪和剔除粗差，仍有一定的局限性，所以建立適當(dāng)?shù)慕翟?、剔除粗差的處理方法和模型，有待進(jìn)一步研究。（2）周跳難以探測(cè)和修復(fù)，整周模糊度難以快速確定，目前探測(cè)和修復(fù)周跳一般通過用三差觀測(cè)方程的常數(shù)項(xiàng)和三差觀測(cè)值的殘差、卡爾曼濾波法、線性擬合法等，都有其局限性。如果一組觀測(cè)值含有太多的周跳特征，單純依靠?jī)?nèi)業(yè)處理的方法來獲得高精度的結(jié)果基本是不可能的。即使現(xiàn)在確定整周模糊度的模型和方法很多，但是也各有各的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如何能夠快速的確定整周模糊度必將成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。（3）在高山峽谷深處、密集森林區(qū)、城鎮(zhèn)高樓密布區(qū)，共用的衛(wèi)星較少，GPS衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，被阻擋機(jī)會(huì)較多，信號(hào)質(zhì)量較差，容易造成失鎖，初始化時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)甚至不能初始化，使接收機(jī)在一天中的作業(yè)時(shí)間受到限制。選擇合理的觀測(cè)時(shí)段和觀測(cè)條件，還有接收機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度有待改善。3GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及前景展望3.1GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用隨著GPS技術(shù)和理論的不斷完善，軟件系統(tǒng)的不斷升級(jí)和建立，GPS在各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在工程測(cè)量的領(lǐng)域中，尤其是對(duì)于精密工程的變形監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)[19]。變形體的形變大小和趨勢(shì)時(shí)刻威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，所以變形監(jiān)測(cè)的廣泛運(yùn)用具有重要的意義。工程的變形監(jiān)測(cè)測(cè)量工作一般對(duì)于精度的要求很高，甚至可達(dá)毫米乃至亞毫米級(jí)[20]。工程的變形監(jiān)測(cè)主要包括對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)（塔柱、撓度等）變形觀測(cè)、大壩的變形監(jiān)測(cè)、礦區(qū)地面的沉降觀測(cè)、高層建筑物的沉降及結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)等，下面就這幾個(gè)方面來闡述一下GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[21]。3.1.1GPS在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用大壩，顧名思義，就是大型的壩體，是水利樞紐的擋水建筑物，一般都與大型的水庫(kù)或者水電站有關(guān)。水電站或水庫(kù)一般要儲(chǔ)存大量的水資源，由于水把它的重大壓力傳遞給壩體，很容易引起壩體的結(jié)構(gòu)變形或發(fā)生移動(dòng)，如壩體的水平位移、沉降、傾斜、裂縫、應(yīng)力變等，這些變形都能對(duì)大壩的壽命及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害，必須時(shí)刻要對(duì)這些變形進(jìn)行全天候的精密監(jiān)測(cè)。與傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)測(cè)量方法相比，GPS技術(shù)優(yōu)越性顯而易見。特別是它的高精度，可以滿足大壩變形監(jiān)測(cè)所需要的精度要求。GPS自動(dòng)化程度高，更加有利于實(shí)現(xiàn)大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化[22]。到目前為止，國(guó)內(nèi)把GPS技術(shù)應(yīng)用到大壩的變形監(jiān)測(cè)的工程實(shí)例還不是很多，其中湖北清江隔河巖水電站的大壩變形觀測(cè)系統(tǒng)首次運(yùn)用了GPS技術(shù)，獲得了圓滿成功并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，并且監(jiān)測(cè)精度高安全可靠、抗干擾能力強(qiáng)[23]。該系統(tǒng)采用七臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)對(duì)五個(gè)壩頂測(cè)點(diǎn)和兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行全天候的連續(xù)觀測(cè)，基線解算和控制網(wǎng)平差也由相應(yīng)的專業(yè)軟件完成，1998年3月正式投入使用。一個(gè)小時(shí)的GPS觀測(cè)資料解算的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水平精度優(yōu)于1mm，垂直精度優(yōu)于1.5毫米，六個(gè)小時(shí)GPS觀測(cè)資料解算水平精度優(yōu)于0.5毫米，垂直精度優(yōu)于1毫米。在1998年長(zhǎng)江流域150年一遇的特大洪水期間，大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍能正常工作，數(shù)據(jù)處理比較及時(shí)，反應(yīng)時(shí)間小于15分鐘，能夠快速反映大壩在超高蓄水下的3D變形，使得大壩能夠超容量的攔洪蓄水。該系統(tǒng)不僅保證了大壩自身的安全，而且還避免了清江洪峰與長(zhǎng)江洪峰的相遇，極大的緩解了長(zhǎng)江中下游的防汛抗洪壓力和增多了兩岸群眾轉(zhuǎn)移的時(shí)間，對(duì)于抗洪救災(zāi)意義重大。隨著隔江巖大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成功運(yùn)行，GPS技術(shù)在大壩中的應(yīng)用越來越多。如黃河小浪底的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，三峽大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、葛洲壩的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、龍羊峽水電站大壩的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、東江大壩的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、廣西西津水電站大壩的監(jiān)測(cè)等。3.1.2GPS在礦區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，約有150多種，有些儲(chǔ)量還居世界前列。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求到了一個(gè)令人咋舌的地步，礦區(qū)的安全生產(chǎn)形勢(shì)不容樂觀。在我們?cè)S多地區(qū)，由于煤炭、石油、天然氣等資源的過度開采，引起礦區(qū)地面塌陷或滲水；由于對(duì)地下水的過度汲取，造成地下水位嚴(yán)重下降，造成地下下陷，引起道路的中端或者建筑物的傾斜和倒塌等。兩者加在一起，地面塌陷面積竟然高達(dá)約1150平方公里。這些都能對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害，安全隱患較大。所以，對(duì)礦區(qū)地面沉降的觀測(cè)勢(shì)在必行。礦物變形監(jiān)測(cè)就是在不同的時(shí)刻，對(duì)礦區(qū)地面點(diǎn)的空間位置（三維坐標(biāo)）進(jìn)行測(cè)量，即獲得測(cè)點(diǎn)的水平位置及高程信息，然后對(duì)它們進(jìn)行比對(duì)分析，來確定地面點(diǎn)的水平位移量及沉降量，從而對(duì)礦區(qū)地面的變形大小進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)。GPS測(cè)量技術(shù)在礦沉降變形監(jiān)測(cè)中的使用，不要求相互通視，選點(diǎn)靈活，觀測(cè)時(shí)間短，又不受天氣條件的影響，大大提高了變形監(jiān)測(cè)的工作效率。另外，由于是對(duì)礦區(qū)地面進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，GPS測(cè)量的大地高不需要轉(zhuǎn)化成正高或者正常高，既簡(jiǎn)化了處理計(jì)算工作，又保障了沉降觀測(cè)需要的高精度。無疑。GPS技術(shù)的使用對(duì)于礦區(qū)地面的沉降觀測(cè)是經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的。3.1.3GPS在高層建筑物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑物越來越多，可以說是隨處可見；形體也越來越復(fù)雜多樣。由于高層建筑物受地震、臺(tái)風(fēng)等外力因素影響較大，地基易發(fā)生水平位移和沉降，建筑物整體也易發(fā)生擺動(dòng)、傾斜等。牽涉著廣大人民群眾的利益，所以高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)具有更高的精度要求，以保障高層建筑物的安全運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作[24]。對(duì)于傳統(tǒng)的高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)方法，監(jiān)測(cè)地基的沉降一般采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，監(jiān)測(cè)地基的水平位移和整體的傾斜大小一般采用三角測(cè)量的方法，常用的儀器有全站儀、水準(zhǔn)儀、激光準(zhǔn)直儀、加速度傳感器等。在測(cè)量過程中，都有一定的局限性，在精度、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、作業(yè)效率和自動(dòng)化程度等方面都不能滿足高層建筑物對(duì)于動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的要求。所以說，開發(fā)一種新的技術(shù)手段和研究方法來進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)就顯得尤為必要了。目前，隨著GPS技術(shù)理論以及數(shù)據(jù)處理方法、模型的發(fā)展和完善，尤其是GPS接收機(jī)（采樣頻率高達(dá)20Hz）的出現(xiàn)，使得GPS技術(shù)用于高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)成為了一種可能。GPS以其高精度、高效率、高自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于各個(gè)測(cè)量區(qū)域，當(dāng)然高層建筑物的變形觀測(cè)也不例外。針對(duì)高層建筑物的變形監(jiān)測(cè)，所建立的高層建筑物動(dòng)態(tài)變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，它具有GPS數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和分析、預(yù)警等功能。它可以根據(jù)GPS采集的數(shù)據(jù)精確的分辨出高層建筑物的低頻動(dòng)態(tài)特征，并且隨著提高GPS接收機(jī)的采樣頻率，能夠監(jiān)測(cè)高層建筑物更高頻率的動(dòng)態(tài)特征[25]。另外，GPS還可用于高層建筑物軸線的變形監(jiān)測(cè)中等。3.1.4GPS在橋梁工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用在20世紀(jì)，我國(guó)橋梁工程的發(fā)展也日新月異，很多抗風(fēng)、抗震的新材料不斷應(yīng)用，好多跨江大橋也相繼建立。但是由于橋齡的增長(zhǎng)或者自然環(huán)境和日益增加的交通量等原因，橋梁墩臺(tái)、墩柱和橋面會(huì)發(fā)生水平位移、豎直位移或者傾斜，甚至有些橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生斷裂，從而造成事故，所以其安全性是不容忽視的。隨著人們對(duì)橋梁安全性和耐久性的重視，為了及時(shí)的發(fā)現(xiàn)橋梁的結(jié)構(gòu)變形，關(guān)于橋梁的變形監(jiān)測(cè)和研究就隨之誕生了。橋梁變形監(jiān)測(cè)主要是指對(duì)橋梁墩臺(tái)、墩柱、橋面等的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的橋梁變形監(jiān)測(cè)方法：對(duì)于橋梁的水平位移量觀測(cè)，常用的方法有三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、交會(huì)法等；對(duì)于橋梁的豎直位移量觀測(cè)，常用的方法有三角高程測(cè)量、壓力測(cè)量、精密水準(zhǔn)測(cè)量、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法等；而對(duì)于橋面撓度的觀測(cè)，常用的方法有懸錘法、全站儀觀測(cè)法，精密水準(zhǔn)法、測(cè)斜儀觀測(cè)法等。這些都有各自的缺陷，有的精度夠高，就是測(cè)量速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和連續(xù)觀測(cè)，自動(dòng)化程度低；而有的操作可簡(jiǎn)單，觀測(cè)也比較容易，但就是精度較低，難以達(dá)到橋梁變形觀測(cè)所需要的精度。GPS技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一難題，既能保障高精度要求，又能快速的實(shí)時(shí)連續(xù)觀測(cè)，便于實(shí)現(xiàn)建立自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?！盎㈤T大橋三維位移GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”是一個(gè)典范，最具代表性。它是由廣東虎門大橋有限公司、清華大學(xué)土木工程學(xué)院和廣州大地興科技儀器有限公司共同研究開發(fā)的，用來對(duì)懸索橋的三維位移進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[26]。該系統(tǒng)包括1個(gè)GPS基準(zhǔn)站、7個(gè)GPS監(jiān)測(cè)站、12個(gè)監(jiān)測(cè)通道，以及光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道采用單膜兩芯光纖，多測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)雙向傳輸和遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂垢蓴_性能力得到了有力的保證。類似的橋梁工程還有香港青馬大橋[27]、杭州灣大橋等等。3.2GPS變形監(jiān)測(cè)前景展望隨著GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和理論的成熟，越來越多的數(shù)據(jù)處理模型與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)日益建立，使數(shù)據(jù)的處理更加簡(jiǎn)便快捷，更加精確。GPS技術(shù)作為一種高精度、高效率、高自動(dòng)化的定位測(cè)量方法，在未來以及更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，其應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，涉及更多的領(lǐng)域，在變形監(jiān)測(cè)中的作用也會(huì)越來越重要，同時(shí)也將與我們的生活息息相關(guān)，更加貼切。雖然GPS技術(shù)到目前存在著一些不足和缺陷，但它在變形監(jiān)測(cè)中仍具有一定的優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)的測(cè)量方法無法逾越的。因GPS技術(shù)的優(yōu)越性及其廣泛的用途，世界各大國(guó)也都在研制屬于自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如GNSS等。目前已投入運(yùn)行的有前蘇聯(lián)(俄羅斯)的GLONNASS第二代全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，歐盟的伽利略（GALILEO）全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而且還有一些正在研制和組建的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，印度導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（IRNSS）。這些衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在某些地方，甚至比GPS技術(shù)還要優(yōu)越，功能也越來越多,未來的我們將擁有一個(gè)真正多系統(tǒng)多頻率的民用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。。所以說，GPS技術(shù)在未來也將面臨一些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但是，由于其他定位技術(shù)還不夠成熟，GPS技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，仍會(huì)充當(dāng)著定位測(cè)量的主力，扮演著不可替代的角色。另外，GPS在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用也越來越多元化，測(cè)量方法也各式各樣。根據(jù)變形體的種類及其他特征，也會(huì)選擇不同的測(cè)量方法，采用不同的GPS技術(shù)，如差分GPS技術(shù)，GPS的RTK技術(shù)，一機(jī)多天線監(jiān)測(cè)技術(shù)，GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)等。為了工程及建設(shè)的需要，GPS與其他測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的方法也必將登上測(cè)量的舞臺(tái)，如GPS、GIS、RS組成的3S技術(shù)，GPS技術(shù)與三維激光掃描技術(shù)的融合，GPS技術(shù)與合成孔徑雷達(dá)（INSAR）相結(jié)合的技術(shù)等，3S技術(shù)可用來建立數(shù)字地球、信息高速公路等項(xiàng)目，而GPS技術(shù)與三維激光掃描融合技術(shù)、INSAR-GPS技術(shù)常用于礦區(qū)地面沉降觀測(cè)。因此，GPS技術(shù)和理論的逐步提高