全球定位系統(tǒng)簡稱為GPS，GPS具有連續(xù)性、高精準度、實時性以及自動化程度較高等一系列優(yōu)點，其在變形監(jiān)測中已經(jīng)得到極為廣泛的應(yīng)用。以下，筆者立足于對我國常規(guī)測量技術(shù)、特殊測量手段以及GPS技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用現(xiàn)狀的分析和總結(jié)，就GPS變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了探究和分析，進而更好的推動GPS變形檢測技術(shù)的自我完善和發(fā)展，更好的為經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。
[關(guān)鍵詞]GPS 變形監(jiān)測 發(fā)展現(xiàn)狀 應(yīng)用 發(fā)展趨勢
0引言
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，變形監(jiān)測的要求不斷得到提高，而這也間接的推動了變形監(jiān)測技術(shù)的不斷自我完善和發(fā)展。全球定位系統(tǒng)GPS作為一項重大的高新技術(shù)，以其強大的優(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)測中的應(yīng)用也越來越廣泛。但是，不可否認，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)測技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀
入手，簡要對其發(fā)展趨勢加以分析。
1 GPS變形監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析
1.1 GPS定位系統(tǒng)的組成分析
綜合分析來看，GPS定位系統(tǒng)主要由三個主要組成部分組成，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)星在六個傾角為五十五度的軌道
中圍繞地球運行；GPS控制部分由諸多跟蹤站的監(jiān)控系統(tǒng)組成，各個跟蹤站根據(jù)其主要功能的不同，進一步被分為一個主控站、三個注入站以及五個監(jiān)測站。GPS衛(wèi)星作為一個動態(tài)已知點，位置信息的確定由衛(wèi)星發(fā)射的
星歷計算得到，各個跟蹤站被細致劃分。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、信號接收器以及相關(guān)設(shè)備，這一部分的主要作用是進行跟蹤、數(shù)據(jù)接收、轉(zhuǎn)換和測量衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號等，進而
有效保證導(dǎo)航以及定位的準確性。
1.2 GPS變形監(jiān)測模式分析
通常情況下，GPS變形監(jiān)測技術(shù)主要有兩個基本模式，分別為連續(xù)性監(jiān)測模式和周期性監(jiān)測模式。
�。�1）周期性監(jiān)測模式
GPS周期性模式運行時，著重體現(xiàn)的是其周期性的特點，因此當監(jiān)測系統(tǒng)作為研究對象的形變點或者是該區(qū)域范圍內(nèi)的變化較小或者是較為緩慢時，可以將這個既定區(qū)域的時間以及空間作為一個固定的物理量，不隨
著時間變化。此時，GPS周期性模式的重要作用便凸顯出來，需要對這一監(jiān)測點進行較長時間段的監(jiān)測。這種長時間對于某一監(jiān)測點進行監(jiān)測的方式主要是由GPS靜態(tài)監(jiān)測模式完成。GPS靜態(tài)監(jiān)測模式，需要至少有兩臺
GPS接收機來保障工作的有序靠站，并且在監(jiān)測過程匯總，要根據(jù)實際情況及時進行設(shè)備的探討。監(jiān)測模式的形成建立在一定的、有效的監(jiān)測網(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)過平
差計算來有效獲得所觀測點的具體的三位坐標。
�。�2）連續(xù)性監(jiān)測模式
相比較于周期性監(jiān)測模式，GPS的連續(xù)性監(jiān)測模式，二者都具有長時間進行監(jiān)測的特點。但是區(qū)別于GPS的周期性監(jiān)測模式，在整個監(jiān)測的過程中，連續(xù)性監(jiān)測模式主要采用的是固定檢測儀加以監(jiān)測，這對于獲得耕
事件分辨率數(shù)據(jù)可以說具有十分重要的意義和作用。連續(xù)性監(jiān)測模式通常分為動態(tài)監(jiān)測和靜態(tài)監(jiān)測兩種，其中，動態(tài)監(jiān)測模式最為常見和普遍。傳統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測模式主要借助于加速度計等設(shè)備來獲得測量點的震動頻率等相
關(guān)數(shù)據(jù)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，這種傳統(tǒng)的監(jiān)測模式顯然已經(jīng)無法適應(yīng)當前多變的環(huán)境，GPS連續(xù)性監(jiān)測模式的出現(xiàn)和普及，一定程度上推動了動態(tài)監(jiān)測技術(shù)在技術(shù)層面的突破和創(chuàng)新�？梢哉f，GPS以其
強大的優(yōu)勢，在變形檢測方面發(fā)揮著重要作用。
1.3 GPS數(shù)據(jù)處理方法分析
通過GPS變形檢測模式獲得到相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，需要進一步對數(shù)據(jù)進行整集和處理，對于數(shù)據(jù)的處理一般依賴于特定的數(shù)據(jù)處理軟件�？傮w來看，盡管進行GPS數(shù)據(jù)處理的軟件種類較多，但是所有軟件的重點大多是
同步網(wǎng)的基線處理，對于系統(tǒng)的誤差分析、誤差的隨機處理為主的平差分析則沒有得到很好的完善和發(fā)展。針對這種情況，雖然不少學(xué)者致力于對該問題的解決和完善，諸如為彌補平差分析漏洞而設(shè)計出的GPS數(shù)據(jù)處理
軟件，盡管有一定的改進，但是仍然不盡完善。
1.4關(guān)于對GPS變形監(jiān)測的誤差分析
GPS測量數(shù)據(jù)的誤差主要來自于三個方面，分別為GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號以及傳播和接收設(shè)備。對于一些較為精準的高精度GPS定位測量實踐，誤差除了要參考以上三個最為主要的方面之外，還要進一步考慮負荷潮以
及地球潮汐等情況。對于GPS中常見的各種誤差，按照其性質(zhì)一般劃分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩個基本分類。一般情況下，系統(tǒng)誤差要遠大于偶然誤差，GPS測量的主要誤差來源就是系統(tǒng)誤差。偶然誤差主要包括信號的
多路徑效應(yīng)以及觀測的失誤性操作等，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，其對于觀測的影響較大，因此，必須采取一定的方式和方法來進行有效的減弱和消除。一
般，其主要的處理方式三個：第一，綜合不同觀測站對于同一顆衛(wèi)星的測量結(jié)構(gòu)進行測值求差；第二，建立一定的誤差模型，合理的對觀測量進行及時的修正和完善；第三，引入一定的參數(shù)，數(shù)據(jù)處理的過程中同其他的未
知參數(shù)一并進行求解。
2 GPS在城市地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用實例
如圖1所示，所呈現(xiàn)出的是某城市的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，其邊長最大值為29.5千米，平均周長為15千米。借助于六臺Ashtech 雙頻Z- Surveyor 接收機和扼流圈天線開展相關(guān)工作，維持兩個小時的靜態(tài)觀察時間，通過
Ashtech Solution 軟件與廣播星歷在監(jiān)測中的應(yīng)用，按照按雙頻模式解算基線和進行GPS 網(wǎng)平差，其各個監(jiān)測點的X、Y和大地高分量誤差如表1所示，表2為基線便的相對精度。 綜合分析上表二和表三來看，當邊長的
平均值控制在失誤千米時，其所取得的監(jiān)測效果最好，也就是將點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。上述實例中可以到達較好的精度要求，儀器的性能發(fā)揮較為穩(wěn)定，
抗干擾能力較強，所獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量相對較好。
3 GPS變形監(jiān)測技術(shù)的局限以及發(fā)展趨勢分析
3.1 GPS變形監(jiān)測技術(shù)的局限性分析
近年來，科學(xué)技術(shù)的不斷進步，極大的推動了GPS變形監(jiān)測技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，但是就整體而言，GPS變形監(jiān)測技術(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
地形測量的工作中，亟需要完善和解決的問題，這些特殊的地形測量工作需要更高精度和可靠性保證。
3.2 GPS變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢分析
盡管GPS變形監(jiān)測技術(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)，其無疑具有十分廣闊的發(fā)展前景，勢必會獲得更為廣闊的發(fā)展空間，以下，筆者簡要就GPS變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢加以分析。
�。�1）GPS變形監(jiān)測在線實時分析系統(tǒng)的建立
對于一些高層建筑物、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)測在線實時分析系統(tǒng)無疑是其發(fā)展的一個極為重要的方向之一，而且也是一個大的發(fā)展趨勢。對于對大壩以及滑坡等特殊地帶進行
變形監(jiān)測的連續(xù)運行的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一機多天線變形監(jiān)測的實時監(jiān)控分析系統(tǒng)，無疑具有十分重要的意義和作用。
�。�2）聯(lián)合GIS、RS技術(shù)，打造強強聯(lián)合的“3S”監(jiān)測系統(tǒng)
隨著計算機技術(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，“3S”技術(shù)的聯(lián)合，可以更好的進行數(shù)據(jù)分析、研究以及實現(xiàn)各種災(zāi)變信息之間的交流和互動，GIS技術(shù)的應(yīng)用，
實現(xiàn)了對地質(zhì)現(xiàn)象四維空間的成像，對于地質(zhì)災(zāi)害，諸如滑坡、泥石流等方面也發(fā)揮著重要的監(jiān)測和預(yù)報作用。“3S”技術(shù)的聯(lián)合，無疑具有顯著的優(yōu)越性，其勢必會成為變形監(jiān)測技術(shù)的一個重要的發(fā)展趨勢。
�。�3）GPS與其它變形監(jiān)測技術(shù)聯(lián)合的綜合性變形監(jiān)測系統(tǒng)的建立
為了有效應(yīng)對和解決GPS技術(shù)在變形監(jiān)測過程中的存在的不足和缺陷，可以根據(jù)變形檢測的要求、特點以及目的，聯(lián)合其他變形監(jiān)測技術(shù)，諸如攝影測量以及特殊變形測量技術(shù)等等，組合成為一種具備綜合功能的綜
合性變形監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)不同的變形監(jiān)測系統(tǒng)的之間的優(yōu)勢互補。
（4）推動小波分析理論在GPS動態(tài)變形分析中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的Fouirer分析無法有效應(yīng)該信號的時頻特征缺陷，因此，可以將小波變換理論應(yīng)用于GPS動態(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，來有效實現(xiàn)GPS動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的濾波以及一些
變形頻率的分離。
4結(jié)束語
綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，GPS變形監(jiān)測技術(shù)的潛在的發(fā)展優(yōu)勢以及其強大的優(yōu)越性勢必會得到更好的進步和發(fā)展，擁有更為廣闊的發(fā)展空間，為各項特殊工程的測量提供更為精準的數(shù)據(jù)信息。
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