1、 GPS 在变形监测中的应用及发展前景 摘要：工程的变形监测分析与灾害预报是 20 世纪 70 年代发展起来的新兴学科 方向，由于建筑物以与工程建设有关的对象所可能引发的灾害，关系到人民生命 和财产的安全。变形监测不仅对监测建筑物的安全、防止事故发生有重大意义， 而且积累监测资料、检验工程设计是否合理也具有重要作用。本文主要讲述工程 的变形监测的数据处理方面的基本知识， 有关变形分析与灾害预报方面的一些问 题。本文针对 GPS 动态监测数据处理与分析提出的新要求，进行动态监测数据 特征提取及模型化的研究，综合应用混沌等现代非线性理论与方法 。在测绘领 域,随着 GPS 测量技术的发展,工程测量
2、的作业方法发生了历史性的变革。GPS 技术具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位等功 能,现已成功应用于工程测量等诸多领域。 关键词：变形监测；GPS；控制网；数据处理；自动化 主题主题 1 GPS技术和变形监测 1.1 GPS技术 全球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系统，具有在海、陆、空进行全 方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 GPS定位系统由于 其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度， 成为测量学科中革命性 的变化。若以从遥感影像中提取的土地利用现状进行对比分析，控制点的位置选 择和精度要求较高， 要在土地利用现状图上找到控制点作
3、为几何纠正基础， GPS 的精确定位等功能则体现出卓越的优势。 目前， GPS已经成功地应用于勘测制图、 航空摄影测量、 运载工具导航和管制、 地壳运动监测、 工程变形监测、 资源勘察、 地球动力学等多种学科 1.2 变形监测 1.2.1 变形监测的定义 变形监测是对监测对象或物体（简称变形体）进行测量以确定其空间位置随 时间的变化特征。 变形监测又称变形测量或变形观测， 它包括全球性的变形监测、 区域性的变形监测和工程的变形监测。 全球性的变形监测是对地球自身的动态变 化，如自转速率变化、极移、潮汐、全球板块运动和地壳形变的监测。区域性的 变形监测是对区域性的地壳形变和地面沉降的监测。对于工
4、程的变形监测来说， 变形体一般包括工程建筑物、 机器设备以及其他与工程建设有关的自然或人工对 象，例如大坝、高层建筑物、大型科学实验室、地下工程、桥梁、隧道等都可成 为变形体。变形监测分为静态监测与动态监测，静态变形通过周期测量得到，动 态变形必须通过持续监测得到。变形监测分为变性分析和预报提供基础数据，对 于工程的安全来说：监测是基础，分析是手段，预报是目的。 1.2.2 变形监测的作用 变形监测的作用主要体现在以下两个方面（1）实际上的作用：保障工程安 全，监测各种工程建筑物、机器设备以及与工程建设有关的地质构造的变形，及 时发现异常变化，对其稳定性、安全性做出判断，以便采取措施处理，防止
5、事故 发生。对于大型特种工程如大型水利枢纽工程、核工程、粒子加速器、火箭发射 场有重要意义。（2）科学上的作用：积累监测分析资料，能更好的解释变形的 机理，验证变形的假说，为研究灾害预报的理论和方法服务检验工程设计的理论 是否正确，设计是否合理，为以后修改设计、制定设计规范提供依据，如改善建 筑的物理参数、地基强度参数，以防止工程破坏事故，提高抗灾能力。 1.2.3 变形监测的内容、分类和特点 变形监测主要包括水平位移、垂直位移监测、偏距、倾斜、弯曲、扭转、扰 度、震动、裂缝等的测量，主要是对描述变形体自身形变和刚体位移的几何量的 监测。水平位移是监测点在平面上的变动，它可分解到某一特定方向，
6、垂直位移 是监测点在铅直面或大地水准面法线方向上的变动。偏距、倾斜、扰度等也可归 结为水平和垂直位移监测。偏距和扰度可以视为某一特定方向的水平位移；倾斜 可以换算成水平或垂直位移，也可以通过水平或垂直位移测量和距离测量得到。 除了上面的之外，还包括与变性有关的物理量的监测，如应力、应变、温度、气 压、水位、渗流、渗压、压力等的监测。 变形监测的最大特点是要进行周期观测， 所谓的周期观测就是多次的重复观 测，第一次称初始周期或零周期。每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪 器、作业方法乃至观测人员都要一致。对于扭转、震动等变形需作动态观测；对 变形监测项目如偏距、倾斜、扰度等几何量和与变性有关的物理量的监测都可采 用传感器技术持续的进行。对于急剧变化期也应作持续的动态监测。对于不同的 任务，变形监测所要求的精度不同。为积累资料而进行的变形观测和为一般工程 进行的常规监测，精度可以低一些；而对大型特种精密工程，对人民生命和财产 相关的变形监测项目，则要求的精度较高。 2 GPS在变形监测中的优势 2.1 GPS在变形监测测量中的仪器优势 传统的有全站仪，水
