【文章內(nèi)容簡介】 S變形監(jiān)測模式GPS用于變形監(jiān)測的作業(yè)方式可分為周期性和連續(xù)性兩種模式[1][6]。當(dāng)變形體的變形速率相當(dāng)緩慢，在局部時間域和空間域內(nèi)可以認(rèn)為穩(wěn)定不動時，可利用GPS進(jìn)行周期性變形監(jiān)測，監(jiān)測頻率視具體情況可為數(shù)月、一年或甚至更長時間。連續(xù)性變形監(jiān)測指的是采用固定監(jiān)測儀器進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)采集,獲得變形數(shù)據(jù)系列,此時監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)的,具有較高的時間分辨率。周期性模式采用GPS靜態(tài)相對定位的測量方法。該測量模式成本低，一般監(jiān)測采用該模式。比如目前三峽庫區(qū)滑坡[2]、李家峽水電站滑坡[3]，龍羊峽水庫近岸滑坡[4]等監(jiān)測工程中均采用該模式。連續(xù)性監(jiān)測模式，對自動化要求高，數(shù)據(jù)采集周期短的監(jiān)測項(xiàng)目采用。對于衛(wèi)星觀測條件好的監(jiān)測工程，比如橋梁、高層建筑物等的動態(tài)監(jiān)測中，GPS正逐漸取代加速度計(jì)、激光干涉儀等動態(tài)監(jiān)測設(shè)備。在香港青馬大橋、虎門大橋[5]、深圳帝王大廈、隔河巖大壩[6]外觀變形監(jiān)測均采用該模式。該模式可實(shí)現(xiàn)24小時的連續(xù)觀測，使監(jiān)測工作實(shí)現(xiàn)完全自動化，使監(jiān)測、監(jiān)控、決策實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，建立無人值守的監(jiān)測系統(tǒng)。由于該模式要求GPS接受設(shè)備必須永久固定在變形點(diǎn)成本較高。另外，根據(jù)變形體的不同特征，GPS連續(xù)性監(jiān)測可采用靜態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位兩種數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行觀測，一般要求變形響應(yīng)的實(shí)時性。為解決限制連續(xù)性監(jiān)測模式應(yīng)用的高成本，香港理工大學(xué)、河海大學(xué)的專家開始提出和研究基于一機(jī)多天線的自動化監(jiān)測技術(shù)[7]。利用若干GPS天線和具有若干通道的微波開關(guān)，相應(yīng)的微波開關(guān)控制電路及1臺GPS接收機(jī)組成一機(jī)多天線系統(tǒng)。最新系統(tǒng)將控制電路板、GPS接收機(jī)（OEM）板集成在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中。目前，一機(jī)多天線已應(yīng)用在東江大壩監(jiān)測、小灣電站邊坡監(jiān)測[8]等工程中。 GPS在變形監(jiān)測中的測量方法根據(jù)監(jiān)測對象及要求不同，GPS在變形監(jiān)測中可采用的測量方法分為靜態(tài)測量法、快速靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法三種。靜態(tài)測量法是把多于3臺GPS接收機(jī)同時安置在各觀測點(diǎn)上同步觀測一定時段，一般為1小時～2小時不等，構(gòu)網(wǎng)用后處理軟件解算基線，平差計(jì)算求觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。靜態(tài)測量法精度高，一般水平精度優(yōu)于3mm，垂直精度優(yōu)于5mm。比如，隔河巖大壩應(yīng)用廣播星歷1～，；6小時資料解算水平精度優(yōu)于1mm，垂直精度優(yōu)于1mm[6]。GPS基準(zhǔn)網(wǎng)，一般應(yīng)采用靜態(tài)測量方法，當(dāng)基準(zhǔn)網(wǎng)的邊長超過10km，要考慮基準(zhǔn)網(wǎng)的起算點(diǎn)與國際IGS站聯(lián)測，基線向量解算時采用精密星歷，以提高基線解算的精度?？焖凫o態(tài)測量法，適用于對監(jiān)測點(diǎn)的觀測。方法是把兩臺GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)點(diǎn)上固定不動連續(xù)觀測，另1臺以上GPS接收機(jī)在監(jiān)測點(diǎn)上移動，每次觀測5～10分鐘(采樣間隔為2秒)，經(jīng)事后處理，解算出各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。若基準(zhǔn)點(diǎn)至監(jiān)測點(diǎn)的距離在3公里范圍之內(nèi)，監(jiān)測精度為水平位移177。3mm～177。5mm，垂直位移177。5mm～177。8mm。若距離大于3公里，水平精度為5mm+1ppmD，垂直精度為8mm+1ppmD。由于快速靜態(tài)測量法測量時間短，選擇最佳觀測時間段對保證觀測精度至關(guān)重要。動態(tài)測量法又分準(zhǔn)動態(tài)測量法和實(shí)時動態(tài)測量方法。準(zhǔn)動態(tài)測量法，把一臺GPS接收機(jī)安置在一個基準(zhǔn)點(diǎn)上，另一臺GPS接收機(jī)先在另一基準(zhǔn)點(diǎn)上觀測5分鐘(采樣間隔為1秒)，在保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情況下，在各監(jiān)測點(diǎn)上停留2～10秒鐘。經(jīng)事后處理，精度可達(dá)1～2cm。實(shí)時動態(tài)測量方法又叫RTK方法，是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時差分GPS測量技術(shù)。其原理是在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時的發(fā)送給在各監(jiān)測點(diǎn)上移動觀測（1～3秒鐘）的GPS接收機(jī)，移動GPS接收機(jī)在接收GPS信號同時，通過無線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，再根據(jù)差分定位原理，實(shí)時計(jì)算出監(jiān)測點(diǎn)三維坐標(biāo)及精度，精度可達(dá)2～5cm。如果距離近，基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測點(diǎn)有5顆以上共視GPS衛(wèi)星，精度可達(dá)1～2cm。GPS RTK最快可達(dá)1～10Hz速率輸出定位結(jié)果；虎門大橋在惡劣氣候條件下，如大風(fēng)大雨大霧等進(jìn)行測量，測量精度可達(dá)1厘米這是常規(guī)手段無法獲得的。測量結(jié)果輸出頻率1－10Hz,實(shí)時動態(tài)三維坐標(biāo)，和振動頻率。靜態(tài)和動態(tài)各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需要選擇。 GPS監(jiān)測技術(shù)的不足GPS在高山峽谷、地下、建筑物密集地區(qū)和密林深處，由于衛(wèi)星信號被遮擋及多路徑效應(yīng)的影響，其監(jiān)測精度和可靠性不高或無法進(jìn)行監(jiān)測[1]。比如，在滑坡體的變形監(jiān)測中，監(jiān)測點(diǎn)的位置通常是由地質(zhì)人員根據(jù)滑坡、斷層的地質(zhì)構(gòu)造和受力情況而定，測量人員的選擇余地不大，變形監(jiān)測點(diǎn)的觀測條件欠佳，視場狹窄，大量衛(wèi)星被山坡遮擋，多路徑誤差較為嚴(yán)重。GPS用于動態(tài)變形監(jiān)測時，由于GPS動態(tài)測量的精度只能達(dá)到厘米級，而監(jiān)測點(diǎn)在很短時間內(nèi)的變形是微小的，表現(xiàn)為一種弱信號，GPS測量誤差成為強(qiáng)噪聲，如何從受強(qiáng)噪聲干擾的序列觀測數(shù)據(jù)中提取微弱的特征信息，是GPS動態(tài)監(jiān)測應(yīng)解決的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。GPS與一般全站儀、測斜儀等監(jiān)測設(shè)備相比，設(shè)備成本較高，一般要3臺以上GPS接收機(jī)。GPS誤差源多，與傳統(tǒng)大地測量手段相比，GPS定位結(jié)果和觀測值之間的函數(shù)關(guān)系要復(fù)雜得多，誤差源也要多得多。在GPS定位中基準(zhǔn)站與變形監(jiān)測點(diǎn)之間的坐標(biāo)差是依據(jù)兩站的載波相位觀測值和衛(wèi)星星歷經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算后求得的，定位結(jié)果受衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、對流層延遲、電離層延遲、多路徑誤差、接收機(jī)的測量噪聲以及數(shù)據(jù)處理軟件本身的質(zhì)量等多種因素的影響。在數(shù)據(jù)處理過程中還將涉及周跳的探測及修復(fù)、整周模糊度的確定等一系列問題。其中任一環(huán)節(jié)處理不好都將影響最終的監(jiān)測精度。此外接收機(jī)天線相位中心的不夠穩(wěn)定也是影響監(jiān)測精度的一個重要原因。 DInSAR監(jiān)測技術(shù) DInSAR在形變監(jiān)測研究的進(jìn)展合成孔徑雷達(dá)以無線電波為媒介的主動微波遙感工具。通過合成孔徑雷達(dá)，探測目標(biāo)物的后向散射系數(shù)特征，通過雙天線系統(tǒng)或重復(fù)軌道法可以由相位和振幅觀測值實(shí)現(xiàn)干涉雷達(dá)測量。DINSAR利用同一地區(qū)的兩幅干涉圖像，其中一幅是通過形變事件前的兩幅SAR獲取的干涉圖像，另一幅是通過形變事件前后兩幅SAR圖像獲取的干涉圖像，然后通過兩幅干涉圖差分處理（除去地球曲面、地形起伏影響）來獲取地表微量形變的測量技術(shù)，因此，DINSAR可以用來研究地表面水平和垂直位移、大型工程的形變等。合成孔徑雷達(dá)可以裝在衛(wèi)星上或飛機(jī)實(shí)現(xiàn)對地的遙感測量。早期的InSAR系統(tǒng)主要是機(jī)載系統(tǒng)，由于機(jī)載系統(tǒng)的不穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)獲取能力的局限性，一定程度上限制了InSAR技術(shù)的成長，1978年世界上第一顆合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星(美國Seasat衛(wèi)星)發(fā)射成功，進(jìn)入90年代后，俄羅斯的ALMAZ1（1991）、歐洲空間局ERS1（1991）、日本JERS1（1992）、美國SIRC（1992）、加拿大RADARSAT1（1995）、歐洲空間局ERS2（1995）、歐洲空間局ENVISAT1（2002）、日本ALOS（2006）先后成功發(fā)射。一系列的航天飛機(jī)成像雷達(dá)(SIR