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GPS变形监测及自动化系统【摘要】gps监测系统广泛应用于各个领域，在变形监测方面，与传统方法相比较，应用gps不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用gps和计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程在线网络实时监控的目的。【关键词】变形监测；自动化；应用1gps变形监测现状1.1变形监测技术概述gps变形监测技术的发展如今迅速发展，是监测技术发展上的一次革命，国外在上个世纪80年代开始应用此技术，尤其是对一些多天然灾害的国家来说，先进的高精度变形监测技术带来的不仅仅是技术革新，更是对本国人民的福音。在全球竞争不断加剧的今天，如军事、工程建筑、地理环境等需要更精确的监测领域，对于变形监测技术提出了更高的要求。变形监测和数据的分析整理是一个研究的主要方向，上世纪中叶以后，精确的变形监测工作发展更是迅速。1.2gps变形监测的特点：1.2.1观测站之间无需通视既要保持良好的通视条件，又要保障控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在实践方面的困难问题之一。gps测量不要求测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使点位的选择变得甚为灵活。1.2.2监测精度高gps可以提供1×10-6甚至更高的相对定位精度。在变形监测中，如果gps接收机天线保持固定不动，则天线的对中误差、整平误差、定向误差、天线高测定误差等并不会影响变形监测的结果。实践证明，利用gps进行变形监测可获得±（0.5～2）mm的精度。1.2.3可同时提供监测点的三维位移信息gps测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。gps测量这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。1.2.4观测时间短gps系统也在逐渐升级，软件在不停优化，当前，静态定位20km内，仅需十几分钟时间；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站观测时间只需不到两分钟，然后可随时定位，每一站观测时间只需数秒就可完成。2当今gps变形监测的发展方向2.1变形监测技术实际应用在地球地壳运动的研究中，探测技术所发挥的作用众所周知，对地壳移动以及大陆板块的漂移都具有精确的监测分析，并给出了大陆地壳运动水平的基本特征，分析地震前后板块的不同特征，为地震监测提供了更多有力事实。不仅在国外，在我国的各种大型工程中，如大坝、桥梁、隧道、高层建筑等事故都是由于变形所引起的，因此变形监测已经引起了广泛的关注，利用gps监测技术所得出的有效数据、并进行传输、处理，分析、报警到入库的全自动化，不但节约了工程设备的投入，而且给工程安全增加了有效保证，可以说是一举两得。2.2gps变形监测技术的发展方向目前，运用gps有限元建立确定性模型在工程等安全监控方面已做了很多工作，在大跨度空间结构施工的监测监控上正成为研究的热点，并在相关工程（大坝、桥梁、隧道、屋盖等）发挥重要用。因为了解变形现象和规律、解释变形物理过程和原因，对掌握变形的破坏方式和灾害预警都有深远的意义。3监测数据平差结果的检验在网平差结束后，应对网平差结果进行检验，网平差的检验主要通过改正数、中误差以及相应的数理统计检验结果等项来评价。如网平差结果达不到要求，需要从以下几个方面来寻找网平差结果不合格的原因：3.1检查坐标系等是否设置正确；3.2检查已知点是否正确，并且是否在一个系统内；3.3检查观测文件的观测站点、天线高是否正确，出现这种情况的时候，往往闭合差或自由网平差的结果非常差。4监测网的数理统计检验无约束的自由网平差，是对网内部符合质量的检核，也就是考核网自身的符合精度，平差的目的是消除由于多余观测误差而引起的网内不符值。那么用什么标准来判断网内部符合精度的高低呢?在gpstudio软件中有两种很重要的数理统计检验，一种是对整个观测量群进行χ2检验，是否通过该项检验在平差结果文件中可查阅；另一种是对各个观测元素进行τ检验，不能通过该检验的观测值(平差结果文件中τ值大于1.00者)则认为有粗差，应予以剔除。这两者都可以在成果输出的结果报告中查到。χ2检验就是对整个网的单位权方差进行检验，即判断平差后单位权方差的估值是否与平差前先验的单位权方差一致。若：则认为两者是一致的。在数据处理软件中，可以通过查阅“χ2检验”项来检验网平差是否通过了χ2检验。若网平差不能通过χ2检验，则需要仔细分析不能通过的原因，通过对基线进行重新处理，或者通过剔除较差的观测值等方法使之通过χ2检验。要使网平差通过χ2检验，关键在于参与网平差的观测数据的质量。当然，正确合理设置协方差比例系数，也是通过χ2检验的关键。如通过调整协方差比例系数使网平差通过χ2检验，还需要检查每个观测值的τ检验。τ检验就是根据基线向量改正数的大小，可以判断出基线向量中是否含有粗差。具体判断依据是，若：其中，为第i个观测值的残差；为单位权方差；为第i个观测值的协因素；为在显著性水平下的t分布的区间。则认为第i个观测值中不含有粗差；反之，则含有粗差。而软件实际提供的τ值为检验值与τ值的比值，如果该值小于1.0，则说明该观测值不应排除，如它大于1.0则意味着应排除。实践证明，用过一定的技术手段，改进各类误差的模型，对监测点实行连续不断几个小时的载波相位相对定位观测，同时利用已经成熟的处理软件和igs精密星历，可以使观测精度达到毫米级的要求。其精确度完全满足对变形监测的高精度要求。袁林果等人对高精度gps变形监测中基线结算的精度分析研究表明：对于短基线（﹤1km），其6-8小时解可达到约0.6mm（n），0.5mm（e），1.8mm（u）的精度;在5km的基线上，6-8小时解的定位精确可达到1.6mm(n),1.0mm(e),4.0mm(u)。其平面精度好于垂直精度,于通常认为的垂直精度一般为平面精度的2-3倍的结论一致。黄人堂等人利用gps在应县木塔变形监测网中的应用研究表明：通过内符合精度评定的外符合精度评定的结果说明，gps成果按上述的技术指标施测监测，网平面点位误差可达到控制网设计精度；±1.88mm的要求，高程监测精度可达±4mm。这些数据于通过其它技术（包括铅直线和裂缝线）观测得到的数据吻合得都非常好。5小结：由于变形所导致的各种工程难题甚至事故中，高精度变形监测技术更加受用，这种技术不仅使用方便，更加节约成本，给人们提供有效的真实数据，更多的应用于监测各种灾难性事故以防患于未然。gps精确监测系统提供了精确化的数据，更多的可供分析的大量对比事实，自动化的发展必将把人们带向更高的山峰，我们更希望站在山峰上，不断寻觅更高的高科技，进一步精确科技手段，造福人类。参考文献：[1]余学祥.gps变形监测数据处理自动化[j].中国矿业大学出版社.2007(1)[2]高俊强、严伟标.工程监测技术及其应用[j].国防工业出版社.2005(12)[3]李征航、黄劲松.gps测量与数据处理[j].武汉大学出版社.2005(3)[4]伊廷华、李宏男.gps监测技术[j].中国建筑工业出版社.2009(5)[5]张勤、李家权.gps测量原理及应用[j].科学出版社.2008(7)[6]建筑变形测量规程，中华人民共和国行业标准，jgj/t8-97,1997作者简介：苏金良，男，1977年4月，本科，工程师（中级），研究方向：gps变形监测及自动化系统；单位：厦门闽矿测绘院