摘 要：GPS定位技術(shù)為變形監(jiān)測提供一種新的手段，由于GPS具有自動(dòng)化程度高、速度快、同時(shí)測定點(diǎn)等監(jiān)測優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于各種精密工程，通常GPS技術(shù)應(yīng)用采用定期復(fù)測與長期連續(xù)監(jiān)測模式，用戶設(shè)備只需要接收衛(wèi)星信號，就可以獲取精準(zhǔn)的定位信息和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。本文以下主要通過GPS定位技術(shù)的探討，提出了在變形監(jiān)測中的應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù)；變形監(jiān)測；定位系統(tǒng)

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

0 前言

GPS定位技術(shù)是導(dǎo)航技術(shù)、衛(wèi)星定位與現(xiàn)代通信技術(shù)的融合，作為新一代空間定位系統(tǒng)，GPS可削弱系統(tǒng)誤差的影響，提高監(jiān)測的精準(zhǔn)度和監(jiān)測效率。當(dāng)前GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中迅速得到了推廣，是一種極為有效的變形監(jiān)測方法。但由于應(yīng)用過程中會受到多方面誤差源的影響，導(dǎo)致GPS定位技術(shù)難以達(dá)到三維監(jiān)測。因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)消除和減弱系統(tǒng)誤差，進(jìn)一步提高GPS技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

1 GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中應(yīng)用特點(diǎn)及途徑

1.1 GPS定位技術(shù)系統(tǒng)組成部分

GBS全球定位技術(shù)，可以為用戶提供精準(zhǔn)的速度、時(shí)間、三維坐標(biāo)等精準(zhǔn)信息，具有實(shí)時(shí)性、全球性、連續(xù)性等監(jiān)測優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種大型工程監(jiān)測。GPS定位技術(shù)主要由空間技術(shù)、控制系統(tǒng)、用戶部分組成。GPS空間技術(shù)由多顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星均勻分布于55°的軌道，運(yùn)行周期約為12恒星時(shí)，為地球表面、任一地點(diǎn)，提供實(shí)時(shí)和全球性導(dǎo)航定位；控制系統(tǒng)是由全球地面跟蹤站組成的監(jiān)控系統(tǒng)，提供GPS衛(wèi)星播發(fā)的星歷，控制衛(wèi)星的軌道運(yùn)行，向衛(wèi)星傳輸信息資料以及衛(wèi)星設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等工作；用戶部分主要包括數(shù)據(jù)接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件等設(shè)備，主要負(fù)責(zé)接收、轉(zhuǎn)換、測量衛(wèi)星傳輸?shù)腉PS信號，完成導(dǎo)航和定位。

1.2 GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用途徑

GPS定位技術(shù)在變形檢測中應(yīng)用，相對常規(guī)電子測量儀器具有不可比擬的優(yōu)越性，實(shí)時(shí)、連續(xù)和高精度的自動(dòng)監(jiān)測極大提高了測量精度和效率。GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測應(yīng)用主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：橋梁健康監(jiān)測方面，GPS定位技術(shù)進(jìn)行橋梁變形監(jiān)測，可以避免傳統(tǒng)測量技術(shù)在通視、高差、距離等方面存在的問題，在提高監(jiān)測效率的同時(shí)，減少外業(yè)工作量；大壩安全監(jiān)測方面，GPS定位技術(shù)主要包括裂縫、位移、擾度等方面的檢測，當(dāng)大壩在水負(fù)載重壓下產(chǎn)生變形后，會產(chǎn)生潰壩的危險(xiǎn)，需要利用GPS定位技術(shù)長期進(jìn)行高精度變形監(jiān)測；滑坡監(jiān)測方面，GPS自動(dòng)化程度高，可以達(dá)到mm級的精度，并自行對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；高層建筑監(jiān)測方面，建筑物體監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜、幾何尺寸較大，對監(jiān)測精度要求較高，相對于傳統(tǒng)測量可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性與連續(xù)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(jiān)測高層建筑物的動(dòng)態(tài)特征；總之，GPS技術(shù)可以在更多領(lǐng)域進(jìn)行高精度、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、高可靠性的變形監(jiān)測。

1.3 GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用特點(diǎn)

GPS定位技術(shù)作為一種全新的空間定位技術(shù)，在變形監(jiān)測中具有以下優(yōu)勢特點(diǎn)：測站之間無需通視，GPS技術(shù)監(jiān)測只要在保證良好的信號接收基礎(chǔ)上，即可靈活選擇監(jiān)測，提高監(jiān)測精度；全天候檢測，GPS衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道環(huán)繞地球運(yùn)行，用戶可以隨時(shí)隨地展開GPS定位測量；自動(dòng)化程度高，GPS接收可以自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，跟蹤衛(wèi)星信號，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)可以在無人值守的情況下，實(shí)現(xiàn)采集、分析、處理、傳輸長期連續(xù)的自動(dòng)化變形檢測；高精度三維定位，GPS技術(shù)在變形檢測中能同時(shí)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(biāo)；抗干擾性能好、隱蔽性強(qiáng)，用戶設(shè)備只需要單一接收GPS衛(wèi)星信號即可獲取定位信息和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

2 GPS定位技術(shù)變形監(jiān)測中誤差來源及注意事項(xiàng)

2.1 GPS定位技術(shù)變形監(jiān)測中誤差來源

GPS定位技術(shù)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(jiān)測中存在一定的誤差影響，主要誤差來源體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一衛(wèi)星軌道偏差，指衛(wèi)星真實(shí)軌道與衛(wèi)星星歷真實(shí)軌道間的差異，是影響定位精度的關(guān)鍵因素，可采用全球GPS跟蹤網(wǎng)獲取精度為2CM的精密衛(wèi)星軌道；第二衛(wèi)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(jīng)過距地面高度在50-1000千米之間的大氣層時(shí)，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(dǎo)致信號路徑偏差；第三接收設(shè)備誤差，衛(wèi)星軌道的衛(wèi)星質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)與測站中心不一致對定位精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響，在實(shí)際變形監(jiān)測過程中，可通過觀測值求差調(diào)整相位中心變化對定向的影響。

2.2 GPS定位技術(shù)變形監(jiān)測應(yīng)用注意事項(xiàng)

GPS定位技術(shù)在變形監(jiān)測過程中，各項(xiàng)精密工程對水平精度的要求非常高，由于GPS技術(shù)會受到多種客觀因素的影響和條件制約，對測設(shè)產(chǎn)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(shù)誤差，用戶需要在變形測量中充分考慮地球潮汐、負(fù)荷潮及相對論效應(yīng)，建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量進(jìn)行修正，同時(shí)引入相應(yīng)未知參數(shù)，求解并處理未知參數(shù)數(shù)據(jù)，并對衛(wèi)星和觀測站實(shí)施同步觀測值求差。主要方法為以下幾個(gè)方面：第一修正電離層模型調(diào)整觀測時(shí)段，應(yīng)用雙頻觀測、同步觀測值求差減弱電離層產(chǎn)生的誤差影響；第二修正對流層折射模型應(yīng)用同步觀測量求差，在數(shù)據(jù)處理中求得對流層影響附加待估參數(shù)；第三觀察站要選取合理位置，在變形監(jiān)測中應(yīng)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(jié)語

綜上所述，GPS定位技術(shù)的應(yīng)用，可以使變形監(jiān)測更為靈活、自由、精準(zhǔn)，是一種極具潛力的空間定位技術(shù)，在利用GPS技術(shù)進(jìn)行定位時(shí)測站之間無需通視，不僅減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，還提高了觀測的精度，由于GPS自動(dòng)化程度高，實(shí)際應(yīng)用過程中減少了外業(yè)工作強(qiáng)度，尤其對于泥石流和防洪防汛等地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，抗干擾性能好、保密性強(qiáng)極大的提高了監(jiān)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(jiān)測，主要從事教學(xué)與科研工作。