[摘要]全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GPS，GPS具有連續(xù)性、高精準(zhǔn)度、實(shí)時(shí)性以及自動(dòng)化程度較高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其在變形監(jiān)測(cè)中已經(jīng)得到極為廣泛的應(yīng)用。以下，筆者立足于對(duì)我國(guó)常規(guī)測(cè)量技術(shù)、特殊測(cè)量手段以及GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀的分析和總結(jié)，就GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探究和分析，進(jìn)而更好的推動(dòng)GPS變形檢測(cè)技術(shù)的自我完善和發(fā)展，更好的為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

　　[關(guān)鍵詞]核心論文發(fā)表,GPS,變形監(jiān)測(cè),發(fā)展現(xiàn)狀,應(yīng)用,發(fā)展趨勢(shì)

　　0引言

　　隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，變形監(jiān)測(cè)的要求不斷得到提高，而這也間接的推動(dòng)了變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷自我完善和發(fā)展。全球定位系統(tǒng)GPS作為一項(xiàng)重大的高新技術(shù)，以其強(qiáng)大的優(yōu)越性在諸多領(lǐng)域中發(fā)揮了極為重要的作用，在各個(gè)方面也產(chǎn)生了重要的影響，尤其是在工程以及災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但是，不可否認(rèn)，全球定位系統(tǒng)不可避免的存在著局限性和不足。以下，筆者從GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀入手，簡(jiǎn)要對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)加以分析。

　　1 GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

　　1.1 GPS定位系統(tǒng)的組成分析

　　綜合分析來(lái)看，GPS定位系統(tǒng)主要由三個(gè)主要組成部分組成，分別是空間部分、控制部分以及用戶部分。

　　GPS空間部分主要是由多顆空間衛(wèi)星按照一定的組成規(guī)則構(gòu)成的GPS衛(wèi)星星座，在空間部分中，有24顆衛(wèi)星，導(dǎo)航的工作衛(wèi)星最多，有21顆，剩余的衛(wèi)星一般作為軌道用衛(wèi)星，這些衛(wèi)星在六個(gè)傾角為五十五度的軌道中圍繞地球運(yùn)行;GPS控制部分由諸多跟蹤站的監(jiān)控系統(tǒng)組成，各個(gè)跟蹤站根據(jù)其主要功能的不同，進(jìn)一步被分為一個(gè)主控站、三個(gè)注入站以及五個(gè)監(jiān)測(cè)站。GPS衛(wèi)星作為一個(gè)動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)，位置信息的確定由衛(wèi)星發(fā)射的星歷計(jì)算得到，各個(gè)跟蹤站被細(xì)致劃分。GPS的用戶部分的基本石碑主要包括各種數(shù)據(jù)、圖像處理軟件、信號(hào)接收器以及相關(guān)設(shè)備，這一部分的主要作用是進(jìn)行跟蹤、數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換和測(cè)量衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)等，進(jìn)而有效保證導(dǎo)航以及定位的準(zhǔn)確性。

　　1.2 GPS變形監(jiān)測(cè)模式分析

　　通常情況下，GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有兩個(gè)基本模式，分別為連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式和周期性監(jiān)測(cè)模式。

　　(1)周期性監(jiān)測(cè)模式

　　GPS周期性模式運(yùn)行時(shí)，著重體現(xiàn)的是其周期性的特點(diǎn)，因此當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象的形變點(diǎn)或者是該區(qū)域范圍內(nèi)的變化較小或者是較為緩慢時(shí)，可以將這個(gè)既定區(qū)域的時(shí)間以及空間作為一個(gè)固定的物理量，不隨著時(shí)間變化。此時(shí)，GPS周期性模式的重要作用便凸顯出來(lái)，需要對(duì)這一監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間段的監(jiān)測(cè)。這種長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式主要是由GPS靜態(tài)監(jiān)測(cè)模式完成。GPS靜態(tài)監(jiān)測(cè)模式，需要至少有兩臺(tái)GPS接收機(jī)來(lái)保障工作的有序靠站，并且在監(jiān)測(cè)過(guò)程匯總，要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的探討。監(jiān)測(cè)模式的形成建立在一定的、有效的監(jiān)測(cè)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，獲得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，要借助于各類數(shù)據(jù)處理軟件，經(jīng)過(guò)平差計(jì)算來(lái)有效獲得所觀測(cè)點(diǎn)的具體的三位坐標(biāo)。

　　(2)連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式

　　相比較于周期性監(jiān)測(cè)模式，GPS的連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式，二者都具有長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。但是區(qū)別于GPS的周期性監(jiān)測(cè)模式，在整個(gè)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式主要采用的是固定檢測(cè)儀加以監(jiān)測(cè)，這對(duì)于獲得耕事件分辨率數(shù)據(jù)可以說(shuō)具有十分重要的意義和作用。連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式通常分為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和靜態(tài)監(jiān)測(cè)兩種，其中，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模式最為常見(jiàn)和普遍。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模式主要借助于加速度計(jì)等設(shè)備來(lái)獲得測(cè)量點(diǎn)的震動(dòng)頻率等相關(guān)數(shù)據(jù)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，這種傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模式顯然已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前多變的環(huán)境，GPS連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式的出現(xiàn)和普及，一定程度上推動(dòng)了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在技術(shù)層面的突破和創(chuàng)新。可以說(shuō)，GPS以其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，在變形檢測(cè)方面發(fā)揮著重要作用。

　　1.3 GPS數(shù)據(jù)處理方法分析

　　通過(guò)GPS變形檢測(cè)模式獲得到相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，需要進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整集和處理，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理一般依賴于特定的數(shù)據(jù)處理軟件。總體來(lái)看，盡管進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理的軟件種類較多，但是所有軟件的重點(diǎn)大多是同步網(wǎng)的基線處理，對(duì)于系統(tǒng)的誤差分析、誤差的隨機(jī)處理為主的平差分析則沒(méi)有得到很好的完善和發(fā)展。針對(duì)這種情況，雖然不少學(xué)者致力于對(duì)該問(wèn)題的解決和完善，諸如為彌補(bǔ)平差分析漏洞而設(shè)計(jì)出的GPS數(shù)據(jù)處理軟件，盡管有一定的改進(jìn)，但是仍然不盡完善。

　　1.4關(guān)于對(duì)GPS變形監(jiān)測(cè)的誤差分析

　　GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差主要來(lái)自于三個(gè)方面，分別為GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)以及傳播和接收設(shè)備。對(duì)于一些較為精準(zhǔn)的高精度GPS定位測(cè)量實(shí)踐，誤差除了要參考以上三個(gè)最為主要的方面之外，還要進(jìn)一步考慮負(fù)荷潮以及地球潮汐等情況。對(duì)于GPS中常見(jiàn)的各種誤差，按照其性質(zhì)一般劃分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩個(gè)基本分類。一般情況下，系統(tǒng)誤差要遠(yuǎn)大于偶然誤差，GPS測(cè)量的主要誤差來(lái)源就是系統(tǒng)誤差。偶然誤差主要包括信號(hào)的多路徑效應(yīng)以及觀測(cè)的失誤性操作等，系統(tǒng)誤差則主要包括衛(wèi)星星歷的誤差、大氣折射的誤差等等。系統(tǒng)誤差具有一定的規(guī)律可循，其對(duì)于觀測(cè)的影響較大，因此，必須采取一定的方式和方法來(lái)進(jìn)行有效的減弱和消除。一般，其主要的處理方式三個(gè)：第一，綜合不同觀測(cè)站對(duì)于同一顆衛(wèi)星的測(cè)量結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)值求差;第二，建立一定的誤差模型，合理的對(duì)觀測(cè)量進(jìn)行及時(shí)的修正和完善;第三，引入一定的參數(shù)，數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中同其他的未知參數(shù)一并進(jìn)行求解。

　　2 GPS在城市地面沉降監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

　　如圖1所示，所呈現(xiàn)出的是某城市的地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，其邊長(zhǎng)最大值為29.5千米，平均周長(zhǎng)為15千米。借助于六臺(tái)Ashtech 雙頻Z- Surveyor 接收機(jī)和扼流圈天線開(kāi)展相關(guān)工作，維持兩個(gè)小時(shí)的靜態(tài)觀察時(shí)間，通過(guò)Ashtech Solution 軟件與廣播星歷在監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，按照按雙頻模式解算基線和進(jìn)行GPS 網(wǎng)平差，其各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的X、Y和大地高分量誤差如表1所示，表2為基線便的相對(duì)精度。 　　綜合分析上表二和表三來(lái)看，當(dāng)邊長(zhǎng)的平均值控制在失誤千米時(shí)，其所取得的監(jiān)測(cè)效果最好，也就是將點(diǎn)位誤差的水平分量控制在一到三千米的范圍之內(nèi)，垂直分量穩(wěn)定在二到四千米的范圍中。上述實(shí)例中可以到達(dá)較好的精度要求，儀器的性能發(fā)揮較為穩(wěn)定，抗干擾能力較強(qiáng)，所獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量相對(duì)較好。

　　3 GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限以及發(fā)展趨勢(shì)分析

　　3.1 GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性分析

　　近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，極大的推動(dòng)了GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，但是就整體而言，GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)仍然存在著諸多亟待完善的地方，而這也是一些高山峽谷工作、建筑物較為密集處等一些特殊地形測(cè)量的工作中，亟需要完善和解決的問(wèn)題，這些特殊的地形測(cè)量工作需要更高精度和可靠性保證。

　　3.2 GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

　　盡管GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)具有一定的局限性，但是其作為具有巨大挖掘潛力的高新技術(shù)，其無(wú)疑具有十分廣闊的發(fā)展前景，勢(shì)必會(huì)獲得更為廣闊的發(fā)展空間，以下，筆者簡(jiǎn)要就GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)加以分析。

　　(1)GPS變形監(jiān)測(cè)在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的建立

　　對(duì)于一些高層建筑物、較大型橋梁、以及一些滑坡地帶，著力于建立健全GPS變形監(jiān)測(cè)在線實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)無(wú)疑是其發(fā)展的一個(gè)極為重要的方向之一，而且也是一個(gè)大的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于對(duì)大壩以及滑坡等特殊地帶進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的連續(xù)運(yùn)行的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其一般成本較為昂貴，因此，致力于低成本的GPS一機(jī)多天線變形監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控分析系統(tǒng)，無(wú)疑具有十分重要的意義和作用。

　　(2)聯(lián)合GIS、RS技術(shù)，打造強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的“3S”監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)以及地球科學(xué)的不斷發(fā)展，GIS、RS、GPS已經(jīng)呈現(xiàn)出相互融合發(fā)展的趨勢(shì)，“3S”技術(shù)的聯(lián)合，可以更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、研究以及實(shí)現(xiàn)各種災(zāi)變信息之間的交流和互動(dòng)，GIS技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象四維空間的成像，對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害，諸如滑坡、泥石流等方面也發(fā)揮著重要的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)作用。“3S”技術(shù)的聯(lián)合，無(wú)疑具有顯著的優(yōu)越性，其勢(shì)必會(huì)成為變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。

　　(3)GPS與其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)聯(lián)合的綜合性變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

　　為了有效應(yīng)對(duì)和解決GPS技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中的存在的不足和缺陷，可以根據(jù)變形檢測(cè)的要求、特點(diǎn)以及目的，聯(lián)合其他變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，諸如攝影測(cè)量以及特殊變形測(cè)量技術(shù)等等，組合成為一種具備綜合功能的綜合性變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同的變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

　　(4)推動(dòng)小波分析理論在GPS動(dòng)態(tài)變形分析中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的Fouirer分析無(wú)法有效應(yīng)該信號(hào)的時(shí)頻特征缺陷，因此，可以將小波變換理論應(yīng)用于GPS動(dòng)態(tài)變形分析之中，也就是利用小波轉(zhuǎn)換所具有的高頻和低頻的變形分析，來(lái)有效實(shí)現(xiàn)GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的濾波以及一些變形頻率的分離。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的潛在的發(fā)展優(yōu)勢(shì)以及其強(qiáng)大的優(yōu)越性勢(shì)必會(huì)得到更好的進(jìn)步和發(fā)展，擁有更為廣闊的發(fā)展空間，為各項(xiàng)特殊工程的測(cè)量提供更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息。

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