【正文】 控制網(wǎng)的布設(shè)： （ 1） 了解 測區(qū)概況并收集資料 需要了解測區(qū)的人文地理情況 ， 測區(qū)控制點的分布，對布設(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 GPS 自動化變形監(jiān)測 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，類似于一個小型的局域網(wǎng)。 OP0 OP0 OP05 是大壩體上的三個特征點，可作為變形監(jiān)測點。 以大壩 GPS自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)示意圖來表示數(shù)據(jù)的采集和處理方法過程。整個數(shù)數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)傳輸 預(yù)處理 基線解算 GPS 網(wǎng)平差 xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 21 據(jù)處理過程可以建立數(shù)據(jù)庫管理系統(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)觀測到的原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上。 第四章 GPS 變形監(jiān)測數(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。 （ 3) 將小波分析理論用于 GPS動態(tài)變形分析 為了解決經(jīng)典 Fourier不能描繪信號時頻特征的不足 ，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 ， 實現(xiàn) GPS動態(tài)監(jiān)測數(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)測系統(tǒng) “ 3S”集成技術(shù) ,可以為變形監(jiān)測的各部分系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，尤其 是時態(tài)GIS(簡稱 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)象隨著時間的變化。由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運輸和數(shù)據(jù)處理與分析組成的這種 系統(tǒng)，變形監(jiān)測的結(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)和對未來的發(fā)展趨勢的預(yù)測，為科學(xué)的預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 20 提供可靠的依據(jù)?？紤]到還有觀測時段數(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)計出不同的網(wǎng)形，以便選出最佳的布網(wǎng)方案。 邊點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形之間有倆個以上的公共點連接，這種方式需要 4臺以上的接收機(jī)。 邊連式是指相鄰的同步觀測圖形之間只有一條公共基線連接。 GPS觀測中， 3臺或 3臺以上 GPS接收機(jī)同步觀測所得到的基線向量叫做同步環(huán)，不是同步觀測所得到的基線向量叫做異步環(huán)。 （二）網(wǎng)形設(shè)計 由于 GPS同步觀測不要需點之間相互通視，因此 GPS大大增加了 GPS網(wǎng)形設(shè)計的靈活性。 GPS測量出的高程結(jié)果為 WGS84下的大地高，也可以作為變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析參考。那么在設(shè)計基準(zhǔn)網(wǎng)的時候，最好能夠進(jìn)行附近國家 GPS點的聯(lián)測。因此， 在 GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計 時 ，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)測網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)。 （一）基準(zhǔn)設(shè)計 GPS技術(shù)被用于變形測量時，所計算出的基線向量的三維坐標(biāo)差是屬 WGS84坐標(biāo)系的。如果運用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實時測量數(shù)據(jù)自動傳輸?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)的自動變形監(jiān)測。 GPS 變形監(jiān)測網(wǎng) 使用 GPS 技術(shù)監(jiān)測變形建筑物時，一般在離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方設(shè)置基準(zhǔn)點，構(gòu)成基準(zhǔn)站。特別是在高程測量方面，精度很難達(dá)到亞麻毫米級的級別。 。最終生成網(wǎng)平差成果報告，從成果報告上可以獲取變形監(jiān)測點的三維坐標(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)處理和分析計算在內(nèi)業(yè)進(jìn)行。 （二）周期性測量變形監(jiān)測模式 當(dāng)變形體的變形速率比較緩慢，在局部和空間內(nèi)沒有移動時 , 可以通過 GPS進(jìn)行周期性變形監(jiān)測 , 監(jiān)測周期視具體情況而定，可以是一個月幾個月甚至是一年好幾年。 。 自動化，而且精度很高 。 連續(xù)性監(jiān)測模式具有下列優(yōu)點： 。為了獲得該對象的動態(tài)特性，需要對數(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)的動態(tài)變形加拿大（卡爾加里）塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測定 。如：大壩在超水位蓄洪時，必須實時的對其進(jìn)行監(jiān)測，而且要求監(jiān)測系統(tǒng)具有很好的數(shù)據(jù)采集處理和分析計算功能。獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)是不是間斷的，具有較很高的時間分辨率。 xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 16 GPS 變形監(jiān)測模式 GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測作業(yè)可采用兩種模式：連續(xù)性監(jiān)測模式和周期性監(jiān)測模式。如在三峽滑坡監(jiān)測，現(xiàn)場往往非常狹窄，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)測中往往難以滿足這些要求，因為監(jiān)測點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。為了保證測量工作的精度要求，在 變形監(jiān)測的測站上做出一些要求：例如在測站周 圍仰角 15176。 GPS 只能測定大地高，而在日常的測 量中，例如工程測量、地形測量等能測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 ? () 正因為如此， GPS 定位技術(shù)得到了迅速的推廣在變形監(jiān)測中已成為一個適用性非常廣闊的新的變形監(jiān)測方法。 （ 8）可直接用大地高進(jìn)行垂直變形測量。在變形監(jiān)測中我們所需要的是倆期變形監(jiān)測點坐標(biāo)的變化差異，而不是變形監(jiān)測點的本生身坐標(biāo)。如果有必要，用戶可以從控制中心的辦公室查看每個 GPS 接收機(jī)的信息，你也可以發(fā)出命令來改變采樣率，時段長度和截至高度角等設(shè)置。 xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 15 （ 6）易于實現(xiàn)全系統(tǒng)的自動化。 GPS 測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。在衛(wèi)星的誤差傳播的影響的信號的公用部分，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)測精度高。分別測定在水平方向和垂直方向的位移不僅增加了工作量和長期監(jiān)測期間，監(jiān)測的時間，并且難以保持一致的點，從而提高變形分析的難度。 （ 3）能同時測定點的三維位移信息。目前 CPS 接收機(jī)已經(jīng)越來越趨于小型化和操作傻瓜化，只需將天線對中、整平、測量天線高度，打開觀 察電源。由于 GPS 定位時測站間無需保持通視，從而可以使變形監(jiān)測點的布設(shè)更為自由、靈活，并可省去不少中間傳遞過渡點，節(jié)省大量人力物力和財力。 傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法，只有點之間通視才能進(jìn)行測量。動態(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，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)測是使用測量儀器進(jìn)行定期實時監(jiān)測，以確定代表性的點在空間和時間的變化信息。 第三章 GPS 在變形監(jiān)測中的應(yīng)用 變形監(jiān)測 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間和空間上的變化。 圖 載波相位觀測原理 圖 1575 .43 MH z , 19c mf ? ? ?221227 .60 MH z , 24c mf ? ? ?xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 12 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 In 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 F r? ? ? ? ? ? ? ? () 載波相位觀測示意圖，如圖 ： 圖 ：載波相位信號傳播圖 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： 1 ()jiDtc???xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 13 考慮到電流層和對流層都會對傳播相位產(chǎn)生影響，載波相位觀測方程表示為： 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： () 載波相位觀測方程： () 測向距離形式的觀測方程： () 根據(jù)上述公式，對接收機(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，對流層誤差可通過最小二乘原理或者卡拉曼濾波算法的實時數(shù)據(jù)或解決處理的原則糾正。因此，該接收機(jī)需要跟蹤至少四個衛(wèi)星來解決。 當(dāng)要校正錯誤的偽距，精確的 計算，來自衛(wèi)星的衛(wèi)星信號到達(dá)測站的鐘面的傳播時間： ? ? ? ? ? ? ? ?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)從動自己接收機(jī)的時鐘脈沖生成一個復(fù)制碼 （ 2）通過時間延遲允許 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。由于電離層和對流層延遲的衛(wèi)星鐘，接收機(jī)鐘差和 無線電信號，實際測量的距離和距離從接收到的衛(wèi)星幾何有一定的差異，xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 10 但一般加權(quán)距離測算出來的偽距。 （一） 偽距測量： 由 GPS接收機(jī)在某一時刻測出得到四顆以上 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 GPS接收機(jī)被稱為單點定位或絕對定位 。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到 3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo) ( jX , jY , xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 9 jZ ) , j= 1, 2, 3, 因 而由 下列式子求出 Q點的三維坐標(biāo) ( X , Y , Z ): ? ? ? ? ? ?21212121 ZZYYXX ??????? () ? ? ? ? ? ?22222222 ZZYYXX ??????? （ ） ? ? ? ? ? ? 23232323 ZZYYXX ??????? （ ） 圖 根據(jù)來自不同衛(wèi)星和加工方法所接 收的信號，對 GPS衛(wèi)星定位的主要形式可分為偽距測量定位，載波相位測量和差分 GPS定位。如圖 , 在待測點Q放 置 GPS接收機(jī) , 在某一時刻 kt 同時接收到 3顆 (或 3顆以上 )衛(wèi)星 1S 、 2S 、 3S 所發(fā)出的信號。用戶通常需要使用此信息來計算地球的軌道時間導(dǎo)航 GPS衛(wèi)星定位，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。 (2) P碼是衛(wèi)星的精密測量代碼，這被調(diào)制在 L1和 L2載波上是 10MH?偽隨機(jī)噪聲碼，七天在實施 AS， P碼和 W模式代碼通過增加兩個生成的執(zhí)行期間保密的 Y碼，此時，普通用戶無法使用 P碼進(jìn)行導(dǎo)航 。由于每顆衛(wèi)星的 C / A碼是不一樣的，所以我們經(jīng)常使用他們的 PRN號來區(qū)分它們。波長為 x 2= (式中： ) 在 L1和 L2上又分 別調(diào)制著多種信號 ,這些信號主要有 : (1) C / A碼是用于粗測距和 GPS衛(wèi)星信號的捕獲偽隨機(jī)碼。 即頻率為 L1載波和頻率為 L2載波 ,它們的頻率分別是基本頻率 154倍和 120倍 ,它們的波長分別為 。(三）用戶設(shè)備部分 —— GPS信號接收機(jī) GPS 信號接收裝置的任務(wù)：在衛(wèi)星的選定截止角的一定的高度，以捕獲衛(wèi)星信號下測試，并跟蹤這些衛(wèi)星的能力，在接收到的 GPS 信號轉(zhuǎn)換，放大和處理，xxx 科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計書明書 8 以測量 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時間，解釋由 GPS 衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航消息，確定該站點三維坐標(biāo)。 GPS信號被用來在每一個站 的每一個可見衛(wèi)星接收機(jī)每 6分鐘偽距測量結(jié)果和衛(wèi)星多普勒觀測一次，收集數(shù)據(jù)，例如氣象要素。 5個監(jiān)測站除了位于主控站和三個注入站以外，還在夏威夷設(shè)立了一個監(jiān)測站。每天注入3次，每次注入 14天的星歷。 3個注入站分別位于大西洋的阿森松島、印度洋的迪戈加西亞島和