【正文】 控制的實(shí)施方案，從整體規(guī)劃，技術(shù)，組織上做出闡釋。圖上選點(diǎn) 布網(wǎng) 后， 必 須到實(shí)地 進(jìn)行勘探 ， 看看規(guī)劃設(shè)計(jì)是否滿足實(shí)地要求。因?yàn)闇y(cè)區(qū)是大壩所在區(qū)域，所以布設(shè)成獨(dú)立網(wǎng)即可。 例如測(cè)區(qū)已內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 22 有的控制成果，地形圖的比例尺，去實(shí)地考察舊的控制點(diǎn)的保存情況和分布狀況，這些都是為布設(shè)一個(gè)好的控制網(wǎng)方案做充分的準(zhǔn)備。 （二）控制網(wǎng)的布設(shè)： （ 1） 了解 測(cè)區(qū)概況并收集資料 需要了解測(cè)區(qū)的人文地理情況 ， 測(cè)區(qū)控制點(diǎn)的分布，對(duì)布設(shè)控制網(wǎng)的影響程度以及未 來的發(fā)展前景。 在大壩上建立一個(gè) GPS自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，類似于一個(gè)小型的局域網(wǎng)。OP0 OP0 OP05是大壩體上的三個(gè)特征點(diǎn)，可作為變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 以大壩 GPS 自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖來表示數(shù)據(jù)的采集和處理方法過程。整個(gè)數(shù)據(jù) 處理過程可以建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。圖中第二部數(shù)據(jù)傳輸是使用數(shù)據(jù)線將接收機(jī)在外業(yè)觀測(cè)到的原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。 第四章 GPS 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析原理 數(shù)據(jù)處理過程 GPS數(shù)據(jù)處理過程包括基線向量解算， GPS 網(wǎng)平差等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 19 （ 3) 將小波分析理論用于 GPS動(dòng)態(tài)變形分析 為了解決經(jīng)典 Fourier不能描繪信號(hào)時(shí)頻特征的不足 ，能 將小波變換用于 GPS變形分析 , 就是 利用小波變換的多分辨率特征 ， 實(shí)現(xiàn) GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的篩選、提取變性特征信息和分隔不同變形頻率。 （ 2) 建立“ 3S” (GPS、 GIS、 RS) 集成變 形監(jiān)測(cè)系統(tǒng) “ 3S”集成技術(shù) ,可以為變形監(jiān)測(cè)的各部分系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，尤其 是時(shí)態(tài) GIS(簡(jiǎn)稱 TGIS)技術(shù)的發(fā)明 , 能夠展示四維的地質(zhì)空間變化，除了通常 GIS所具有的功能外，還可以研究記錄地質(zhì)現(xiàn)象隨著時(shí)間的變化。由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運(yùn)輸和數(shù)據(jù)處理與分析組成的這種系統(tǒng)，變形監(jiān)測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快速的進(jìn)行處理分析，從而為大型建筑物提供現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)和對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，為科學(xué)的預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生提供可靠的依據(jù)?？紤]到還有觀測(cè)時(shí)段數(shù)，最后優(yōu)化出能滿足工作的最佳方案。當(dāng)然，還可以設(shè)計(jì)出不同的網(wǎng)形，以便選出最佳的布網(wǎng)方案。 邊點(diǎn)混合連接式是指組成 GPS網(wǎng)，既能保證網(wǎng)的幾何強(qiáng)度，提高網(wǎng)的可靠性，又能減少外業(yè)工作量，減少成本，是一種比較靠譜的布網(wǎng)方式。 網(wǎng)連式是指相鄰?fù)綀D形之間有倆個(gè)以上的公共點(diǎn)連接，這種 方式需要 4臺(tái)以上的接收機(jī)。 邊連式是指相鄰的同步觀測(cè)圖形之間只有一條公共基線連接。 GPS觀測(cè)中 ， 3臺(tái)或 3臺(tái)以上 GPS接收機(jī)同步觀測(cè)所得到的基線向量叫做同步環(huán)，不是同步觀測(cè)所得到的基線向量叫做異步環(huán)。 （二）網(wǎng)形設(shè)計(jì) 由于 GPS同步觀測(cè)不要需點(diǎn)之間相互通視，因此 GPS大大增加了 GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)的靈活性。 GPS測(cè)量出的高程結(jié)果為 WGS84下的大地高，也可以作為變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析參考。那么在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)網(wǎng)的時(shí)候，最好能夠進(jìn)行附近國(guó)家 GPS點(diǎn)的聯(lián)測(cè)。因此， 在 GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 時(shí) ，必須確定 GPS成果所采用的起算數(shù)據(jù)和坐標(biāo)系統(tǒng)，就是明確 GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。 （一）基準(zhǔn)設(shè)計(jì) GPS技術(shù)被 用于變形測(cè)量時(shí)，所計(jì)算出的基線向量的三維坐標(biāo)差是屬 WGS84坐標(biāo)系的。如果運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，并保存，處理，分析和顯示，它可以是連續(xù)的自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)。 GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng) 使用 GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)變形建筑物時(shí)，一般在離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，構(gòu)成基準(zhǔn)站。特別是在高程測(cè)量方面，精度很難達(dá)到亞麻毫米級(jí)的級(jí)別。 。最終生成網(wǎng)平差成果報(bào)告，從成果報(bào)告上可以獲取變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。通常采用邊連式的方法布設(shè) GPS控制網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理和分析計(jì)算在內(nèi)業(yè)進(jìn)行。 （二）周期性測(cè)量變形監(jiān)測(cè)模式 當(dāng)變形體的變形速率比較緩慢，在局部和空間內(nèi)沒有移動(dòng)時(shí) , 可以通過 GPS進(jìn)行周期性變形監(jiān)測(cè) , 監(jiān)測(cè)周期視具體情況 而定，可以是一個(gè)月幾個(gè)月甚至是一年好幾年。 。 ，而且精度很高 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 16 連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式具有下列 優(yōu)點(diǎn)： 。為了獲得該對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的連續(xù)，高頻率。例如 , 利用 GPS技術(shù)卡爾加里，在強(qiáng)風(fēng)的動(dòng)態(tài)變形加拿大（卡爾加里）塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定 。如：大壩在超水位蓄洪時(shí)，必須實(shí)時(shí)的 對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且要求監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有很好的數(shù)據(jù)采集處理和分析計(jì)算功能。獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是不是間斷的，具有較很高的時(shí)間分辨率。 GPS變形監(jiān)測(cè)模式 GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)作業(yè)可采用兩種模式：連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式和周期性監(jiān)測(cè)模式。如在三峽滑坡監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)往往非常狹窄，大量衛(wèi)星被阻塞，并且存 在嚴(yán)重的多路徑誤差。但在變形監(jiān)測(cè)中往往難以滿足這些要求，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置通常是由主辦單位根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)和力量水壩，橋梁，工廠等大型物體的情況造而定的，或是根據(jù)地質(zhì)人員從山體的斷層或滑坡而定的，變化的余地可以說是非常小。為了保證測(cè)量工作的精度要求，在 變形監(jiān)測(cè)的測(cè)站上做出一些要求：例如在測(cè)站周圍仰角 15176。 GPS 只能測(cè)定大地高，而在日常的測(cè)量中，例如工程測(cè)量、地形測(cè)量等能測(cè)定的是正高和正常高，所以他們之間有下列的關(guān)系式： ?大地高正常高 Hh ? NHh 大地高正高 ? () 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 15 正因?yàn)槿绱耍?GPS 定位技術(shù)得到了迅速的推廣在變形監(jiān)測(cè)中已成為一個(gè)適用性非常廣闊的新的變形監(jiān)測(cè)方法。 （ 8）可直接用大地高進(jìn)行垂直變形測(cè)量。在變形監(jiān)測(cè)中我們所需要的是倆期變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的變化差異，而不是變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本生身坐標(biāo)。如果有必要，用戶可以從控制中心的辦公室查看每個(gè) GPS接收機(jī)的信息，你也可以發(fā)出命令來改變采樣率，時(shí)段長(zhǎng)度和截至高度角等設(shè)置。 （ 6）易于實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng) 的自動(dòng)化。 GPS測(cè)量不受氣候條件的限制，在風(fēng)雪雨霧中仍能進(jìn)行正常觀測(cè)。在衛(wèi)星的誤差傳播的影響的信號(hào)的公用部分，不完善的解算軟件， GPS 數(shù)據(jù)處理起始坐標(biāo)的誤差，也可以消除或減少。 （ 4）監(jiān)測(cè)精度高。分別測(cè)定在水平方向和垂直方向的位移不僅增加了工作量和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)期間，監(jiān)測(cè)的時(shí)間，并且難以保持一致的點(diǎn)，從而提高變形分 析的難度。 （ 3）能同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維位移信息。目前 CPS 接收機(jī)已經(jīng)越來越趨于小型化和操作傻瓜化，只需將天線對(duì)中、整平、測(cè)量天線高度，打開觀察電源。由于 GPS定位時(shí)測(cè)站間無需保持通視，從而可以使變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)更為自由、靈活，并可省去不少中間傳遞過渡點(diǎn)，節(jié)省大量人 力物力和財(cái)力。 傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)方法，00( ) [ ( ) ( ) ( ) ][ ( ) ( ) ( ) ]ij j j j j ji i i i i ij j j j ji i i ift D t I t T t f t f t N tcf D t I t T t f t N tc? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?（ ）（ ）0( ) ( ) ( ) ( )j j j j j ji i i i i iD t D t I t T t c t c t N t? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ ）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 14 只有點(diǎn)之間通視才能進(jìn)行測(cè)量。動(dòng)態(tài)變形主要是指身體的變形在外界變形下的負(fù)載壓力時(shí)，通常這種變形是瞬間的壓力的作用下發(fā)生的效果。 變形監(jiān)測(cè)是使用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行定期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確定代表性的點(diǎn)在空間和時(shí)間的變化信息。 第三章 GPS 在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 變形監(jiān)測(cè) 變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指在不同的負(fù)載，在尺寸，形狀和變形體的位置的時(shí)間和空間上的變化。 圖 [ ( ) ( ) ] ( )()( ) () )( )(ji j i jji i j iD t c t cc t G PS t G PS D ttt tt tct? ? ?? ? ? ??? ? ?( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )()ij j j ji i i ij j ji i ijjiD t I t T t c t t c t tD t I t T t c tDt t? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?( ( ) ( ) )iiD c t G PS t G PS? ? ? 2 2 2 1 2( ) [ ( ( ) ) ( ( ) ) ( ( ) ) ]j j j ji i i it X t X Y t Y Z t Z? ? ? ? ? ?,i i iX Y Z? ? ?()jtt? MHz , 19c mf ? ? ? MHz , 24c mf ? ? ?內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 11 圖 整周模糊度，相位差公式應(yīng)為： 00( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )j j ji i i it N t t N t I n F r? ? ? ? ? ? ? ? ? () 0( ) ( ) ( ) ( )j jji i i i i it t t N t? ? ? ? ? ? () 0 0 0 0 0( ) ( ) ( ) ( ) ( )j j ji i it t t N t Fr? ? ? ? ? ? ? ? () ?S?R? ()tR? ()tS接 收 機(jī) 根 據(jù) 自 身的 鐘 在 時(shí) 刻 復(fù)制 信 號(hào) 的 相 位tR接 收 機(jī) 根 據(jù) 自 身的 鐘 在 時(shí) 刻 所接 收 到 衛(wèi) 星 在時(shí) 刻 所 發(fā) 送 信 號(hào)的 相 位tRtS? ? ? ? ? ? ? ? ?tR? ? ?tS內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 12 載波相 位觀測(cè)示意圖，如圖 ： 圖 ：載波相位信號(hào)傳播圖 由于接收機(jī)的頻率漂移比較小，一般可以忽略，即： j if f f?? 由于有接收機(jī)鐘差，所以相位觀測(cè)方程可表示為 ： 00( ) [ ( ) ] ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )j j j ji i i ijjiit f t t G P S f t t f t t N tf f t t f t t N t? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? () 式中： 考慮到電流層和對(duì)流層都會(huì)對(duì)傳播相位產(chǎn)生影響，載波相位觀測(cè)方程表示為： 0( ) [ ( ) ( ) ( ) ] ( ) ( ) ( )j j j j j ji i i i i ift D t I t T t f t t f t t N tc? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?() 式子兩邊都乘以 可轉(zhuǎn)化為： () 1 ()jiDtc???c??0( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )j j j j j ji i i i i iD t D t I t T t c t t c t t N t? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 13 載波相位 觀測(cè)方程： () 測(cè)向距離形式的觀測(cè)方程： () 根據(jù)上述公式，對(duì)接收機(jī)的鐘差，衛(wèi)星鐘差，衛(wèi)星軌道誤差，多路徑效應(yīng)，電離層誤差，對(duì)流層誤差可通過最小二乘原理或者卡拉曼濾波算法的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或解決處理的原則糾正。因此，該接收機(jī)需要跟蹤至少四個(gè)衛(wèi)星來解決。 當(dāng)要校正錯(cuò)誤的偽距，精確的計(jì)算，來自衛(wèi)星的衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)測(cè)站的鐘面的傳播內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 10 時(shí)間： ? ? ? ? ? ? ? ?ttttG P StG P Stttt jijijiji ?? ??????? () () 現(xiàn)顧及大氣折射影響 （ ） 為理想距離。△ t=c （ 1）由相同結(jié)構(gòu)從動(dòng)自己接收 機(jī)的時(shí)鐘脈沖生成一個(gè)復(fù)制碼 （ 2）通過時(shí)間延遲允許 T的延遲，兩碼相關(guān)進(jìn)行比較。雖然偽距定位法一次性定位精度不高，但因其具有定位速度快，無多值性等好處，仍舊是 GP采用定位的最基本的方法。由于電離層和對(duì)流層延遲的衛(wèi)星鐘，接收機(jī)鐘差和無線電信號(hào)，實(shí)際測(cè)量的距離和距離從接收到的衛(wèi)星幾何有一定的差異，但一般加權(quán)距離測(cè)算出來的偽距。 （一） 偽距測(cè)量： 由 GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出得到四顆以上 GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置 稱為偽距法定位。定位單個(gè) GPS接收機(jī)被稱為單點(diǎn)定位或絕對(duì)定位 。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到 3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo) ( jX , jY , jZ ) , j= 1, 2, 3, 因 而由下列式子求出 Q點(diǎn)的三維坐標(biāo) ( X , Y , Z ): ? ? ?