GPS定位技术在变形监测中的应用

    摘 要：GPS定位技术为变形监测提供一种新的手段，由于GPS具有自动化程度高、速度快、同时测定点等监测优势，被广泛应用于各种精密工程，通常GPS技术应用采用定期复测与长期连续监测模式，用户设备只需要接收卫星信号，就可以获取精准的定位信息和导航数据。本文以下主要通过GPS定位技术的探讨，提出了在变形监测中的应用参考。

    关键词：GPS技术；变形监测；定位系统

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

    0 前言

    GPS定位技术是导航技术、卫星定位与现代通信技术的融合，作为新一代空间定位系统，GPS可削弱系统误差的影响，提高监测的精准度和监测效率。当前GPS定位技术在变形监测中迅速得到了推广，是一种极为有效的变形监测方法。但由于应用过程中会受到多方面误差源的影响，导致GPS定位技术难以达到三维监测。因此，在实际应用过程中应消除和减弱系统误差，进一步提高GPS技术的应用和推广。

    1 GPS定位技术在变形监测中应用特点及途径

    1.1 GPS定位技术系统组成部分

    GBS全球定位技术，可以为用户提供精准的速度、时间、三维坐标等精准信息，具有实时性、全球性、连续性等监测优点，被广泛应用于各种大型工程监测。GPS定位技术主要由空间技术、控制系统、用户部分组成。GPS空间技术由多颗卫星组成，卫星均匀分布于55°的轨道，运行周期约为12恒星时，为地球表面、任一地点，提供实时和全球性导航定位；控制系统是由全球地面跟踪站组成的监控系统，提供GPS卫星播发的星历，控制卫星的轨道运行，向卫星传输信息资料以及卫星设备运转等工作；用户部分主要包括数据接收机、数据处理软件等设备，主要负责接收、转换、测量卫星传输的GPS信号，完成导航和定位。

    1.2 GPS定位技术在变形监测中的应用途径

    GPS定位技术在变形检测中应用，相对常规电子测量仪器具有不可比拟的优越性，实时、连续和高精度的自动监测极大提高了测量精度和效率。GPS定位技术在变形监测应用主要表现以下几个方面：桥梁健康监测方面，GPS定位技术进行桥梁变形监测，可以避免传统测量技术在通视、高差、距离等方面存在的问题，在提高监测效率的同时，减少外业工作量；大坝安全监测方面，GPS定位技术主要包括裂缝、位移、扰度等方面的检测，当大坝在水负载重压下产生变形后，会产生溃坝的危险，需要利用GPS定位技术长期进行高精度变形监测；滑坡监测方面，GPS自动化程度高，可以达到mm级的精度，并自行对数据进行采集；高层建筑监测方面，建筑物体监测环境复杂、几何尺寸较大，对监测精度要求较高，相对于传统测量可以实现实时性与连续性的高精度定位测量，可获取不大于10mm的高程精度测量，精确监测高层建筑物的动态特征；总之，GPS技术可以在更多领域进行高精度、实时性、连续性、高可靠性的变形监测。

    1.3 GPS定位技术在变形监测中的应用特点

    GPS定位技术作为一种全新的空间定位技术，在变形监测中具有以下优势特点：测站之间无需通视，GPS技术监测只要在保证良好的信号接收基础上，即可灵活选择监测，提高监测精度；全天候检测，GPS卫星均匀分布在6个轨道环绕地球运行，用户可以随时随地展开GPS定位测量；自动化程度高，GPS接收可以自动接收数据，跟踪卫星信号，结合计算机技术可以在无人值守的情况下，实现采集、分析、处理、传输长期连续的自动化变形检测；高精度三维定位，GPS技术在变形检测中能同时精确测定大地高和平面位置，一次性获取高精度的三维坐标；抗干扰性能好、隐蔽性强，用户设备只需要单一接收GPS卫星信号即可获取定位信息和导航数据。

    2 GPS定位技术变形监测中误差来源及注意事项

    2.1 GPS定位技术变形监测中误差来源

    GPS定位技术在变形检测中，受地球潮汐、轨道、钟差等多种因素的影响，在高精度监测中存在一定的误差影响，主要误差来源体现在以下几个方面：第一卫星轨道偏差，指卫星真实轨道与卫星星历真实轨道间的差异，是影响定位精度的關键因素，可采用全球GPS跟踪网获取精度为2CM的精密卫星轨道；第二卫星信号的传播误差，GPS信号受电离层折射和对流层折射影响，经过距地面高度在50-1000千米之间的大气层时，大量自由电子和正离子会造成信号路径弯曲，对流层是高度40千米下的大气底层，GPS信号受大气温度和压力的影响也会导致信号路径偏差；第三接收设备误差，卫星轨道的卫星质点坐标与测站中心不一致对定位精准度产生影响，在实际变形监测过程中，可通过观测值求差调整相位中心变化对定向的影响。

    2.2 GPS定位技术变形监测应用注意事项

    GPS定位技术在变形监测过程中，各项精密工程对水平精度的要求非常高，由于GPS技术会受到多种客观因素的影响和条件制约，对测设产生影响。因此，为了保证GPS的三维测量，消除和减弱GPS定位技术误差，用户需要在变形测量中充分考虑地球潮汐、负荷潮及相对论效应，建立系统误差模型，对观测量进行修正，同时引入相应未知参数，求解并处理未知参数数据，并对卫星和观测站实施同步观测值求差。主要方法为以下几个方面：第一修正电离层模型调整观测时段，应用双频观测、同步观测值求差减弱电离层产生的误差影响；第二修正对流层折射模型应用同步观测量求差，在数据处理中求得对流层影响附加待估参数；第三观察站要选取合理位置，在变形监测中应用同一类型天线，通过观察观测值的求差，消除和减弱相位中心偏移的影响。

    3 结语

    综上所述，GPS定位技术的应用，可以使变形监测更为灵活、自由、精准，是一种极具潜力的空间定位技术，在利用GPS技术进行定位时测站之间无需通视，不仅减轻了劳动强度，还提高了观测的精度，由于GPS自动化程度高，实际应用过程中减少了外业工作强度，尤其对于泥石流和防洪防汛等地质灾害监测，抗干扰性能好、保密性强极大的提高了监测效率。

    参考文献：

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    作者简介：马凯（1982-），男，辽宁阜新人，硕士研究生，研究方向：变形监测，主要从事教学与科研工作。