東英測繪——GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

一、變形監(jiān)測

變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指在各種載荷作用下，變形體的形狀、大小及位置在時間域和空間域中的變化。它的范疇十分廣泛，從全球板塊運(yùn)動、地級運(yùn)動、地球自轉(zhuǎn)率變化等全球性變形，到地殼變形、地殼相對運(yùn)動等區(qū)域變形，再到工程建筑物沉降和傾斜、滑坡體滑動、地下開采引起地標(biāo)移動和下沉、工業(yè)設(shè)備或構(gòu)件撓曲偏移等工程和局部性變形，變形現(xiàn)象幾乎無處不在。

變形監(jiān)測就是利用測量儀器對選定的具有代表性的特征點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時或者周期性的監(jiān)測，以確定變形體在時空中的變化，變形的類型可分為靜態(tài)觀測和動態(tài)觀測，靜態(tài)觀測是變形體隨時間的變化而發(fā)生緩慢的變形，需要長時間多周期的監(jiān)測才能發(fā)現(xiàn)其變形規(guī)律；動態(tài)變形主要是變形體在外界負(fù)荷壓力的作用下而發(fā)生的變形，一般這種變形是在瞬間壓力的作用下很快的發(fā)生。

變形監(jiān)測的方法：大地測量方法中，常用的大地測量方法主要是通過測角、測邊、水準(zhǔn)等方法測定變形，此類傳統(tǒng)的方法費(fèi)用低、精度可靠、勞動強(qiáng)度大等特點(diǎn)。GPS已經(jīng)隨著衛(wèi)星大地測量技術(shù)的發(fā)展在變形監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，具有著傳統(tǒng)大地測量方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)；變形監(jiān)測的新技術(shù)中合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)、激光掃描技術(shù)、計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)等變形監(jiān)測技術(shù)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，并得到廣泛應(yīng)用。

二、應(yīng)用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測的優(yōu)缺點(diǎn)

利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測具有下列優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用，成為變形監(jiān)測中的一種新的有效手段。

（1）測站間無需保持通視。由于GPS定位時測站間無需保持通視，從而可使變形監(jiān)測的布設(shè)更為自由、方便，并可省去不少中間傳遞過度點(diǎn)，節(jié)省大量費(fèi)用。

（2）能同時測定點(diǎn)的三維位移。采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形監(jiān)測時，平面位移通常是采用正錘線、倒錘線、邊角導(dǎo)線、方向交會、距離交會和全站儀極坐標(biāo)法等方法來測定的，而垂直位移則一般采用精密水準(zhǔn)測量、液體靜力水準(zhǔn)測量、傾斜儀等手段來測定。水平位移和垂直位移的分別測定不僅增加了工作量，而且監(jiān)測的時間和點(diǎn)位也不一定一致，從而增加了變形分析的難度。

（3）全天候觀測。GPS測量不受氣候條件的限制，在風(fēng)雪雨霧中仍能進(jìn)行正常觀測。配備防雷電設(shè)施后變形監(jiān)測系統(tǒng)就能實(shí)現(xiàn)全天候觀測。這一點(diǎn)對于防汛抗洪、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測等應(yīng)用領(lǐng)域來講顯得特別重要。

（4）易于實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的自動化。由于GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)采集工作是自動進(jìn)行的，而且又為用戶預(yù)留了必要的接口，故用戶可以較為方便的把GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)建成無人值守的自動監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析、報(bào)警到入庫的全自動化。有必要時，用戶可以很方便的從控制中心的辦公室來觀看每臺GPS接收機(jī)的板面信息，也可以在辦公室中發(fā)布命令來更改數(shù)據(jù)采樣率、時段長度和截至高度角等設(shè)置。這對于長期連續(xù)運(yùn)行的監(jiān)測系統(tǒng)是很重要的，可降低監(jiān)測成本，提高監(jiān)測資料的可靠性。

（5）可消除或削減系統(tǒng)誤差的影響。在變形監(jiān)測中我們關(guān)心的是在兩期變形監(jiān)測中所求的的變形監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)之間的差異，而不是變形監(jiān)測點(diǎn)本身的坐標(biāo)。兩期變形監(jiān)測中所含的共同的系統(tǒng)誤差雖然會分別影響兩期的坐標(biāo)值，但卻不會影響所求的的變形量。也就是說在變形監(jiān)測中，接收機(jī)天線的對中誤差、整平誤差、定向誤差、量取天線高的誤差等并不會影響變形監(jiān)測的結(jié)果，只要天線在監(jiān)測過程中能保持固定不動即可。同樣GPS變形監(jiān)測網(wǎng)中的起始坐標(biāo)的誤差，數(shù)據(jù)處理中所用的定位軟件本身的不完善以及衛(wèi)星信號在大氣層的傳播誤差（電離層延遲、對流層延遲、多路徑誤差等）中的公共部分的影響也可得以消除或削弱。

（6）可直接用大地高進(jìn)行垂直變形測量。在GPS測量中高程系統(tǒng)一直是一個棘手的問題。以為GPS定位只能測定大地高，而在工程測量、地形測量及日常生活中，大部分用戶需要的是正常高和正高，它們之間有下列關(guān)系：

式中的高程異常和大地水準(zhǔn)面差距N可從高程異常圖或大地水準(zhǔn)面圖中查得，也可據(jù)地球重力場模型求得，但精度偏低，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換后的正常高或正高的精度下降。在垂直位移的監(jiān)測中我們關(guān)心的是高程的變化，因而完全可以在大地高系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測。目前IGS提供的精密星歷足以保證大地高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而避免在高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過程中的精度損失。

正因?yàn)槿绱?，GPS 定位技術(shù)在變形監(jiān)測中迅速得到了推廣，成為一種新的很有前途的變形監(jiān)測方法。

當(dāng)然，利用GPS 定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測時，也存在某些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 點(diǎn)位選擇的自由度較低。為保證GPS測量的正常進(jìn)行和定位精度，在GPS測量規(guī)范中對測站的選擇作出了一系列的規(guī)定，如測站周圍高度角15°以上不允許存在成片的障礙物，測站離大型發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓線及微波信號發(fā)射臺、轉(zhuǎn)播臺等有一定的距離（例如200m～400m），測站周圍也不允許有房屋、圍墻、廣告牌、大面積水域等反射信號物，以避免多路徑誤差等。但在變形監(jiān)測中上述要求往往難以滿足，因?yàn)楸O(jiān)測點(diǎn)的位置通常是由業(yè)主單位依據(jù)大壩、橋梁、大型廠房等監(jiān)測物的建筑結(jié)構(gòu)和受力情況而確定的, 或由地質(zhì)人員依據(jù)滑坡、斷層等地質(zhì)構(gòu)造而定的，變動的余地很小。

(2) 從整體上講觀測條件往往較差。如在長江三峽進(jìn)行滑坡監(jiān)測時，視場往往很狹窄，大量衛(wèi)星被遮擋，切多路徑誤差嚴(yán)重。如在大壩上進(jìn)行監(jiān)測時，由于大壩的一側(cè)為大水庫而另一側(cè)則為山地等，自然地理環(huán)境和植被的明顯差別往往會導(dǎo)致大壩兩側(cè)的大氣狀況（溫度、濕度等）產(chǎn)生明顯的差異，從而影響對流層延遲改正的精度。

（3) 函數(shù)關(guān)系過于復(fù)雜，誤差源多。與正倒錘等變形監(jiān)測手段相比，GPS定位的函數(shù)關(guān)系要復(fù)雜的多，涉及的誤差源也要多得多。在GPS定位中基準(zhǔn)站和變形監(jiān)測點(diǎn)間的坐標(biāo)差是依據(jù)兩站的載波相位觀測值和衛(wèi)星星歷經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算后得到的。定位結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差和接收機(jī)鐘鐘誤差、對流層延遲、電離層延遲、多路徑誤差、接收機(jī)測量噪聲以及數(shù)據(jù)處理軟件本身的質(zhì)量等多種因素的影響。在數(shù)據(jù)處理過程中，還將涉及周跳的探測及修復(fù)、整周模糊度的確定等一系列問題。其中任一環(huán)節(jié)處理不好就將影響最終的監(jiān)測精度。此外接收機(jī)天線相位中心的不穩(wěn)定也是影響GPS定位精度的一個重要因素。目前利用GPS 進(jìn)行變形監(jiān)測的最好精度約為±0. 5 mm 左右。這一精度還難以滿足特種工程測量的精度要求。

三、 GPS變形監(jiān)測模式

GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測作業(yè)可采用兩種模式：連續(xù)性監(jiān)測模式和周期性重復(fù)測量監(jiān)測模式。

（一）連續(xù)性變形監(jiān)測模式：

連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定檢測儀器進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)系列，此時監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時間分辨率。根據(jù)變形體的不同特征，GPS連續(xù)性監(jiān)測可采用靜態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位兩種數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行觀測，一般要求變形響應(yīng)的實(shí)時性。例如，大壩在超水位蓄洪時，必須時刻監(jiān)視其變形狀況，要求監(jiān)測系統(tǒng)具有實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析能力。對于橋梁的靜動載實(shí)驗(yàn)和高層建筑物的振動測量等，其監(jiān)測的主要目的在于獲取變形信息及其特征，數(shù)據(jù)處理及分析可以在事后進(jìn)行。對于建在活動的滑坡體上的城區(qū)、廠房，需要實(shí)時了解其變化狀態(tài)，以便及時采取措施，保證人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，可以用全天候?qū)崟r監(jiān)測方法，即建立GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)的精度可按要求設(shè)定，目前最高監(jiān)測精度可達(dá)到亞毫米級。系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，從控制中心敲擊鍵盤開始，幾分鐘內(nèi)可以了解到監(jiān)測點(diǎn)位置的實(shí)時變化情況。

在動態(tài)監(jiān)測方面，過去一般采用加速度計(jì)算、激光干涉儀等測量設(shè)備測定建筑結(jié)構(gòu)的振動特性，但是隨著建筑物高度的增加和對監(jiān)測工作的連續(xù)性、實(shí)時性和自動化程度的要求的提高，常規(guī)的測量技術(shù)已經(jīng)越來越受到局限。GPS作為一種新方法，隨著其硬件和軟件的發(fā)展與完善，在大型結(jié)構(gòu)物動態(tài)特征和變形監(jiān)測方面已3顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。近幾年來，國內(nèi)外利用GPS 在這方面進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究工作。例如，利用GPS 技術(shù)對加拿大卡爾加里( Calgary )塔在強(qiáng)風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)動態(tài)變形進(jìn)行了測定；國內(nèi)對一些大跨度懸索橋和斜拉橋( 如廣東虎門大橋) 已嘗試安裝GPS實(shí)時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，深圳帝王大廈的風(fēng)力振動特性采用了GPS 進(jìn)行測量。為了獲得監(jiān)測對象的動態(tài)特征，需要進(jìn)行連續(xù)的、高頻率的數(shù)據(jù)采樣。高采樣率衛(wèi)星接收機(jī)( 20Hz、10Hz、5Hz) 的出現(xiàn)，使之成為研究各種工程建(構(gòu))筑物的動態(tài)變形特征的新方法。

長期連續(xù)監(jiān)測模式具有下列優(yōu)點(diǎn)：

a.可以較完善地消除接收機(jī)天線的安置誤差-如對中誤差)整平誤差)定向誤差)量測天線高的誤差等"的影響。

b.由于數(shù)據(jù)量特別多，故可通過濾波和平滑等技術(shù)來消除噪聲，提取大壩變形信息，獲得高精度的結(jié)果。

c.易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全自動化，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和作業(yè)效率。

長期連續(xù)性檢測模式的缺點(diǎn)是：

a. 每個變形監(jiān)測點(diǎn)上均需長期安置一臺GPS接收機(jī)，監(jiān)測成本昂貴。

b.在野外儀器設(shè)備的安全問題較難解決。

c.需要提供長期穩(wěn)定的電源，這個問題也不容易解決。

（二）周期性測量變形監(jiān)測模式

當(dāng)形變體的變形速率相當(dāng)緩慢( 如地殼運(yùn)動,處于緩慢變形階段的滑坡體位移等)，在局部時間域和空間域內(nèi)可以認(rèn)為穩(wěn)定不動時，可利用GPS進(jìn)行周期性變形監(jiān)測，監(jiān)測頻率視具體情況可為數(shù)月、一年或甚至數(shù)年之久。此時采用GPS 靜態(tài)相對定位方法測量，將2 臺以上GPS 接收機(jī)安置在觀測點(diǎn)上同步觀測一段時間，觀測時段長度和時段個數(shù)依監(jiān)測精度的要求而定。一般采用邊連接方式構(gòu)成監(jiān)測網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理與分析在事后進(jìn)行，用后處理軟件進(jìn)行基線解算，經(jīng)過平差計(jì)算求得觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法尤其適用于長邊監(jiān)測網(wǎng)，邊長相對精度可高達(dá)。

周期性監(jiān)測模式的優(yōu)點(diǎn)為：

a.不必長期占用GPS接收機(jī)，在周期性復(fù)測期外接收機(jī)可用于其他用途，利用率高。

b.儀器設(shè)備的安全問題和供電問題很容易解決。

周期性監(jiān)測模式的缺點(diǎn)是：

a.接收機(jī)天線的安置誤差難以完全消除，加之?dāng)?shù)據(jù)量又較少，因而監(jiān)測的精度較低。要達(dá)到亞毫米級監(jiān)測精度有相當(dāng)大的難度，尤其是高程。

b.勞動強(qiáng)度特別大，響應(yīng)的速度也特別慢。

四、GPS變形監(jiān)測網(wǎng)

運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行工程建筑物、構(gòu)筑物的變形監(jiān)測時，通常在距離變形區(qū)較遠(yuǎn)的穩(wěn)定地方選擇基準(zhǔn)點(diǎn)，作為GPS觀測的基準(zhǔn)站。在變形體上選擇若干監(jiān)測點(diǎn)，一般設(shè)置強(qiáng)制對中裝置，作為GPS觀測的流動站。如果采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)時地將測量數(shù)據(jù)自動傳送到數(shù)據(jù)處理中心，并進(jìn)行保存、處理、分析和顯示，即可以進(jìn)行連續(xù)地自動變形監(jiān)測。

為了提高GPS觀測精度，應(yīng)從GPS變形監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)的影響、觀測誤差與形變信息的分離、周跳的探測與復(fù)測、整周模糊度的確定等方面進(jìn)行深入而詳盡的研究，下面簡要說明GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)問題與網(wǎng)形設(shè)計(jì)問題。

（一）基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

GPS技術(shù)用于變形測量，所解算出的基線向量是屬于WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差。實(shí)際需要的點(diǎn)位坐標(biāo)可以是WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，也可能是國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。所以，在GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時，必須明確GPS成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即明確GPS變形監(jiān)測網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。

GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)與常規(guī)測量的基準(zhǔn)一樣包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。位置基準(zhǔn)由起算的GPS點(diǎn)的坐標(biāo)確定，而方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)分別由GPS基線向量的方位和距離確定。GPS測量的結(jié)果是三維坐標(biāo)，位置基準(zhǔn)有3個，方為基準(zhǔn)有3個，尺度基準(zhǔn)一個。如果以固定的基準(zhǔn)點(diǎn)作為GPS網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，則在基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時，至少應(yīng)當(dāng)選擇3個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。為了增加GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的可靠性，一般應(yīng)選擇4～5個穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。

對于GPS變形監(jiān)測網(wǎng)坐標(biāo)系的選擇，如果選擇WGS-84坐標(biāo)系，在進(jìn)行GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時，最好能聯(lián)測附近的高精度的國家GPS點(diǎn)。如果附近沒有高精度的國家GPS點(diǎn)，則每期的GPS觀測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，都應(yīng)以第一期的基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)為基準(zhǔn)。如果選擇國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系，則基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)同時具有國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，以便將GPS觀測結(jié)果進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將各點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系。

GPS測量所得的高程為WGS-84坐標(biāo)系中的大地高。在實(shí)際變形監(jiān)測工作中可以按大地高進(jìn)行變形分析。如果實(shí)際應(yīng)用中采用水準(zhǔn)高程，在GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)同時測定其水準(zhǔn)高程，以便將GPS高程通過曲面擬合轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高程。

（二）網(wǎng)形設(shè)計(jì)

由于GPS同步觀測不要求點(diǎn)間通視，故GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)具有較大的靈活性。

根據(jù)不同的精度要求，GPS網(wǎng)的網(wǎng)形布設(shè)通常有點(diǎn)連式、邊連式及邊點(diǎn)混合連接等幾種基本方式。GPS觀測中，3臺或3臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量構(gòu)成同步環(huán)。故所謂點(diǎn)連接、邊連接等方式都是指同步環(huán)之間的連接。

點(diǎn)連式是指相鄰?fù)綀D形之間僅有一個公共點(diǎn)的連接，而邊連式的同步圖形之間由一條公共基線連接。顯然，邊連式有較多的重復(fù)邊和非同步圖形閉合條件（異步環(huán)），網(wǎng)形幾何強(qiáng)度和可靠性比點(diǎn)連式要高，故GPS變形監(jiān)測網(wǎng)多采用邊連式的網(wǎng)形。

例如，對某地面變形監(jiān)測網(wǎng)，將三角點(diǎn)（A、B、C、D）作為基準(zhǔn)點(diǎn)與變形監(jiān)測點(diǎn)一同進(jìn)行GPS網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)。用3臺接收機(jī)進(jìn)行觀測的網(wǎng)形設(shè)計(jì)如圖5-a所示，若用4臺接收機(jī)進(jìn)行觀測，則網(wǎng)形設(shè)計(jì)如圖5-b所示。當(dāng)然，還可以設(shè)計(jì)出不同的網(wǎng)形，以便選出最佳的布網(wǎng)方案。

對于3臺接收機(jī)組成的監(jiān)測網(wǎng)，基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)4個，需觀測3個時段?；鶞?zhǔn)點(diǎn)與變形監(jiān)測點(diǎn)連成16個三角形，觀測16個時段。而應(yīng)用4臺接收計(jì)時，4個基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)觀測一個時段，基準(zhǔn)點(diǎn)與網(wǎng)形監(jiān)測點(diǎn)連成8個大地四邊形，觀測8個時段。顯然，用4臺接收機(jī)觀測比用3臺接收機(jī)觀測時段少了一半。兩種網(wǎng)形的多余觀測都比較多，屬于可靠性較強(qiáng)、精度較高的網(wǎng)形。

對于設(shè)計(jì)出的GPS網(wǎng)形，要依據(jù)接收機(jī)的觀測精度和網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，進(jìn)行精度預(yù)計(jì)，同時給出該網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，求出最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差?？紤]到觀測時段數(shù)，最后優(yōu)化出精度能滿足要求、工作量最省的方案。

五、GPS應(yīng)用于變形監(jiān)測的發(fā)展趨勢

根據(jù)對國內(nèi)外GPS變形監(jiān)測的現(xiàn)狀分析和對變形監(jiān)測的客觀要求, 可將GPS 變形監(jiān)測的發(fā)展趨勢概括為以下幾個方面：

（1) 建立GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時分析系統(tǒng)

對于大壩、大型橋梁、高層建(構(gòu))筑物、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測，研究建立技術(shù)先進(jìn)而又實(shí)用的GPS變形監(jiān)控在線實(shí)時分析系統(tǒng)是一個重要的發(fā)展趨勢。這種系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理與分析等幾個主要部分組成，可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)得到及時地分析和處理，從而實(shí)時地評價變形的現(xiàn)狀和預(yù)測其發(fā)展趨勢，為災(zāi)害發(fā)生的可能性分析與預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)，這對處于活躍階段的滑坡體變形及斷層的相對運(yùn)動監(jiān)測具有特別重要的意義。由于建立連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行大壩和滑坡等變形監(jiān)測，成本較為昂貴。因此，研究低成本的GPS一機(jī)多天線變形在線實(shí)時監(jiān)測分析系統(tǒng)也一個頗有實(shí)際意義的研究方向。

（2) 建立“3S”(GPS、GIS、RS) 集成變形監(jiān)測系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線電通訊技術(shù)、空間技術(shù)及地球科學(xué)的迅猛發(fā)展，“3S”(GPS、GIS、RS) 技術(shù)已從各自獨(dú)立發(fā)展進(jìn)入相互集成融合的階段?！?S”技術(shù)集成,可為分析、研究包括變形信息在內(nèi)的各種災(zāi)變信息之間的相互關(guān)系提供技術(shù)支撐,特別是時態(tài)GIS(Temporal GIS，簡稱TGIS)技術(shù)的應(yīng)用, 它可以描述四維空間的地質(zhì)現(xiàn)象，除具有一般 GIS 的功能外，還能夠記載研究區(qū)域內(nèi)各種地質(zhì)現(xiàn)象隨時間的演繹過程，這對滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)報(bào)具有非常重要的作用。因此，研究“3S”(集成變形監(jiān)測系統(tǒng), 也是變形監(jiān)測技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。

（3）建立GPS與其他變形監(jiān)測技術(shù)集成組合的綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)

為克服GPS技術(shù)用于變形監(jiān)測的不足和局限性，根據(jù)變形監(jiān)測的對象和目的，將GPS與其他變形監(jiān)測技術(shù)(如IN﹣SAR、攝影測量和特殊變形測量技術(shù)等) 集成組合形成綜合變形監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測技術(shù)之間的優(yōu)勢互補(bǔ)。例如，將GPS 與INSAR 集成組合成GPS/INS變形監(jiān)測系統(tǒng)，可從離散點(diǎn)位測定進(jìn)入到四維形變場( x, y, z, t) 的整體動態(tài)精確測定，使GPS變形監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用范圍更加廣闊?，F(xiàn)在GPS等空間測地技術(shù)不僅可以應(yīng)用于水庫大壩及各種滑坡的精密外觀形變監(jiān)測，而且已經(jīng)用于研究板塊運(yùn)動、亞板塊運(yùn)動等問題，這在過去是不敢想象的。GPS 等空間測地技術(shù)集成組合應(yīng)用于大范圍、整體性的地殼運(yùn)動監(jiān)測，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的提高，這也為GPS等空間測地技術(shù)用于大型工程的變形監(jiān)測帶來了新的機(jī)遇，為推進(jìn)高精度變形監(jiān)測的研究注入新的活力。

（4) 將小波分析理論用于GPS動態(tài)變形分析

為了克服經(jīng)典Fourier分析不能描述信號時頻特征的缺陷，可將小波變換用于GPS動態(tài)變形分析, 即利用小波變換的多分辨率特性，實(shí)現(xiàn)GPS動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的濾波、變形特征信息的提取以及不同變形頻率的分離。通過小波變換提取變

形特征的研究工作已經(jīng)起步，但尚未取得實(shí)質(zhì)性的研究成果。在第21屆國際大地測量與地球物理聯(lián)合會( IUGG )大會上，國際大地測量協(xié)會( IAG )將小波理論及其應(yīng)用（確定為大地測量新理論的研究方向之一。在1999年召開的第22屆IUGG大會上，小波理論及其在大地測量和地球動力學(xué)中的應(yīng)用（再次被IAG確定為GIV 分會(大地測量理論與方法)的新的研究課題。由此可見開展小波理論及其應(yīng)用研究的重要性。小波分析為高精度變形特征提取提供了一種數(shù)學(xué)工具，可解決其他方法無法解決的難題，對非平穩(wěn)信號消噪有著其他方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，小波分析理論在GPS動態(tài)變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理與分析方面將可發(fā)揮重要作用。

以上就是GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用，如果你還有什么不了解的地方，歡迎留言或者在線咨詢，我們會及時與您聯(lián)系。東英測繪儀器有限公司提供RTK/GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、無人機(jī)等測繪儀器的銷售、租賃、檢定、校正、維修等服務(wù)，也承接測繪培訓(xùn)與各種內(nèi)外業(yè)工程測量任務(wù)，有相關(guān)的需要了解都可以留言或者在線咨詢我們，我們將詳細(xì)為你解答。