【正文】 性的語言，此衛(wèi)星站之間的幾何距離為： () 由于方程是非線性方程，上述方程需要被線性化的方程，如下圖所示： ~00000 0 0 0 0( ) ( ( ) ) ( ) Z ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )j j j j j j ji i i i i i i i ij j ji i i ij jji i i i i ij j ji i iD t D t k t m t Z c t t I t T tt N t t N t I n F rt t t N tt t t N t F r? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? () 有三個(gè)測(cè)站未知數(shù) 以及一個(gè)鐘差未知數(shù) 電離層和對(duì)流層改正通常是通過專門的數(shù)學(xué)模型分開。 （二） 載波相位觀測(cè) 有兩種頻率的波存在于 GPS 載波信號(hào)上： L1： L2： 載波相位的測(cè)量原理如圖 ， 衛(wèi)星信號(hào)傳至接收機(jī)的過程如圖 。其中，接收器的時(shí)鐘差異可以被視為恒定的，多路徑效應(yīng)是隨機(jī)誤差，電離層和對(duì)流層是基于初步的觀察可以歸納為一個(gè)模型，它隨時(shí)間的變化，并以糾正觀察到的數(shù)據(jù)。變形監(jiān)測(cè)的范圍是非常廣泛的，從地面運(yùn)動(dòng)，全球板塊運(yùn)動(dòng)，地球自轉(zhuǎn)速率變化與地殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)，地殼形變，變形區(qū)域，然后滑坡滑動(dòng)，傾斜和沉降的工程建設(shè)其他全球性變形，地下開采引起的地標(biāo)沉降和流動(dòng)，工業(yè)設(shè)備或部件，如工程和本地化的扭曲偏移變形，變形幾乎是無處不在。變形可分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形，靜態(tài)變形是指變形體隨時(shí)間而發(fā)生的緩慢變形。 應(yīng)用 GPS 進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn) GPS 技術(shù)變形監(jiān)測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） GPS測(cè)量一個(gè)顯著特點(diǎn)是測(cè)站之間測(cè)量無需保持通視。 對(duì)于 GPS，測(cè)站之間無需通視只需測(cè)站上空無障礙物即可。 （ 2）操作簡(jiǎn)便。其他，如衛(wèi)星捕獲，跟蹤等觀測(cè)儀器自動(dòng)完成。采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，平面位移通常是帶正錘線，錘向下行，角線方向相交，交點(diǎn)和總臺(tái)來測(cè)量距離的極坐標(biāo)等方法，和垂直方向的位移通常使用精確的流平性，靜壓液位測(cè)量，測(cè)斜儀和其他方法來確定。 GPS 可以監(jiān)測(cè)被測(cè)物體的三維坐標(biāo)信息。在變形監(jiān)測(cè)中，如果 GPS 接收機(jī)天線保持靜止， CPS 可以提 供更高的 1 10 的相對(duì)定位精度，其結(jié)果不會(huì)影響變形監(jiān)測(cè)的因素，包括天線對(duì)中誤差，整平誤差，定位誤差，天線高度的測(cè)量誤差。 （ 5）全天候觀測(cè)。這對(duì)于防洪，滑坡，泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)等應(yīng)用方面尤為重要。由于數(shù)據(jù)采集的 GPS 接收器是自動(dòng)的 ,并且還預(yù)留所需的用戶界面，使用戶可以更方便地把建無人看守自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從數(shù) 據(jù)采集，傳輸，處理，分析，存儲(chǔ)報(bào)警充分的 GPS 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化。 （ 7）可消除或減弱系統(tǒng)誤差的影響。倆期變形監(jiān)測(cè)中的公共誤差會(huì)影響到倆期坐標(biāo)點(diǎn)的大小，但不會(huì)影響到他們之間的差值。在 GPS 測(cè)量中高程系統(tǒng)一直是一個(gè)令人棘手的問題。 當(dāng)然，使用 GPS 定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的時(shí)候，也有一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)點(diǎn)位選擇的自由度較低。以上不允許障礙物的成片存在，測(cè)站大型發(fā)電機(jī)，變壓器，電源線和微波信號(hào)發(fā)射站，中轉(zhuǎn)站等有一定距離。 (2)觀測(cè)條件一般較差。例如，監(jiān)視大壩時(shí)，由于堤壩和水庫(kù)的另一側(cè)是山地和樹木，天然差異的地理環(huán)境和植被往往導(dǎo)致對(duì)壩的兩側(cè)大氣 條件（溫度，濕度等）產(chǎn)生的顯著差異，從而影響了對(duì)流層延遲校正精度。 （一）連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)模式： 連續(xù)性變形監(jiān)測(cè)指的是采用測(cè)量?jī)x器來實(shí)時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得觀測(cè)點(diǎn)的變形信息。通常要求變形監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。 近幾年來 ， 國(guó)內(nèi)外在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了一些試驗(yàn)工作。國(guó)內(nèi)懸掛一些大的（如廣東虎門大橋）和斜拉橋跨度一直在試圖安裝 GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)利用 GPS測(cè)量風(fēng)深圳帝王大廈的特性。出現(xiàn)高采樣率衛(wèi)星接收機(jī)（ 20Hz的， 10HZ， 5HZ） ,使它成為研究各種工程建筑物的變形特性的新方法。例如：對(duì)中誤差、整平誤差、量取天線高誤差等。 連續(xù)性檢測(cè)模式的缺點(diǎn)是： a. 每個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)上都需要安置一臺(tái) GPS接收機(jī) ， 監(jiān)測(cè)所花費(fèi)用比較貴。 ，否則無法長(zhǎng)期工作，在野外的話沒有足夠的電源供給。這時(shí)采用 GPS靜態(tài)相對(duì)定位方法，在測(cè)站上同時(shí)安置幾臺(tái)以上 GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)， 觀測(cè)的時(shí)段長(zhǎng)短和觀測(cè)次數(shù)由觀測(cè)精度而定。一般采納 GPS數(shù)據(jù)處理軟件，例如 pass，在此軟件上進(jìn)行基線向量處理和網(wǎng)平差計(jì)算。 周期性監(jiān)測(cè)模式的優(yōu)點(diǎn)為： ，有休息時(shí)間。 周期性監(jiān)測(cè)模式的缺點(diǎn)是： 。 ，速度慢。在變形體上選擇一些監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)作 GPS 觀測(cè)的流動(dòng)站。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 17 下面說明 GPS基準(zhǔn)網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)原則與方法。實(shí)際需要的點(diǎn)位坐標(biāo)可以是 WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo) ，也可能是國(guó)家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。 對(duì)于 GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)形坐標(biāo)系的選擇，假設(shè)選取的坐標(biāo)系是 WGS84坐標(biāo)系。假設(shè)選擇的是國(guó)家大地坐標(biāo)系或是地方獨(dú)立坐標(biāo)系，那么基準(zhǔn)點(diǎn)選擇的時(shí)候應(yīng)該包含有國(guó)家大地坐標(biāo)系或是地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點(diǎn)，這樣以便于將在 WGS84坐標(biāo)系觀測(cè)下的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。假設(shè)實(shí)際應(yīng)用中采用的是水準(zhǔn)高程，則在變形監(jiān)測(cè)的時(shí)候應(yīng)該將 GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量出來，將 GPS下的大地高通過曲面擬合轉(zhuǎn)換為正高或正常高。 根據(jù)不同的精度要求， GPS網(wǎng)的網(wǎng)形布局一般有點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式及邊點(diǎn)混合連接幾種方式。 點(diǎn)連式是指相鄰 的同步觀測(cè)圖形之間只有一個(gè)公共點(diǎn)相連接，以這種方式布設(shè)的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)幾何圖形強(qiáng)度較低，而且有較少的異步環(huán)甚至沒有，通常不單獨(dú)使用這種方法布設(shè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。這種布網(wǎng)方式，幾何圖形強(qiáng)度較高，有較強(qiáng)的的可靠性，而且會(huì)有足夠的異步環(huán)供網(wǎng)形精度監(jiān)測(cè)，所以在 GPS布設(shè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)時(shí)，多數(shù)采用邊連式的方法。當(dāng)然，這種布網(wǎng)圖形也有很強(qiáng)的幾何強(qiáng)度和較高的可靠性，異步環(huán)也較多，但是，這種布網(wǎng)方式的缺點(diǎn)是： 會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間、經(jīng)費(fèi)，適用于高精度的變形監(jiān)測(cè)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 18 如圖 (a)所示，用 3臺(tái) GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)，如圖 (b)所示，用 4臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)。 (a) （ b） 圖 設(shè)計(jì)出的 GPS網(wǎng)形，根據(jù)網(wǎng)型結(jié)構(gòu)和接收機(jī)的精度指標(biāo)，能夠預(yù)算出所設(shè)計(jì)網(wǎng)形的精度，求出最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差。 GPS 應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì) 基于國(guó)內(nèi)變形監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀發(fā)展和對(duì)變形監(jiān)測(cè)的客觀要求， GPS變形監(jiān)測(cè)的發(fā)展方向可以有以下幾個(gè)： （ 1) 建立在線實(shí)時(shí)的 GPS變形監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng) 對(duì)于、高層建筑物、大壩、橋梁、滑坡和地區(qū)性地殼變形監(jiān)測(cè) ， 研究建立 GPS在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)未來的發(fā)展趨勢(shì)。但由于建立一個(gè)連續(xù)實(shí)時(shí)的大型 GPS變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本較昂貴，所以，對(duì)較低成本的 GPS一機(jī)多天線的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，未來會(huì)成為主流。這對(duì)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的研究具有很重要的意義。因此 , 小波分析理論在 GPS動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理與分析方面將發(fā)揮重要作用。如圖 ： 圖 圖中第一步數(shù)據(jù)采集是 GPS 接收機(jī)在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)采集到的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。圖中第三四五步是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)上的 GPS 處理軟件進(jìn)行處理。 大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模型 針對(duì)大壩高坡等大型建筑物邊坡的重要性以及在監(jiān)測(cè)過程中存在的不方便的問題，提出了大壩 GPS 變 形監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如圖： 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 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 20 圖 如圖 ，大壩 GPS 自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 21 GPS 變形監(jiān)測(cè)實(shí)例 （一）概況 此大壩的點(diǎn)位分布圖 ： 圖 這個(gè)大壩的現(xiàn)場(chǎng)分布情況： CG0 CG11 是大壩上的兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，可以視為穩(wěn)固點(diǎn)。通過對(duì)這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，從而分析大壩體的形變趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)的中心要建立在大壩辦公樓，設(shè)立大型的基準(zhǔn)站和 GPS 移動(dòng)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將每臺(tái)移動(dòng)站的 GPS 接收機(jī)與基準(zhǔn)站相連接，以便于將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳到基準(zhǔn)站，再通過傳輸設(shè)備傳到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)里，通過計(jì)算機(jī)將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解算。測(cè)繪人員應(yīng)該到大壩當(dāng)?shù)氐臏y(cè)繪相關(guān)部門收集這些資料 。 （ 2） 確定布網(wǎng)方案 根據(jù)已經(jīng)收集到的資料和已有的設(shè)備確定布網(wǎng)方案。投影采用 3 度投影帶， 圖上設(shè)計(jì) 應(yīng)該 在 1:10000 或 1:25000 的地形圖上進(jìn)行 :首先展 繪收集到的點(diǎn)位到圖上，根據(jù)圖上的已知控制點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)網(wǎng)形，設(shè)計(jì)網(wǎng)形時(shí)需要推算網(wǎng)形是否滿足相關(guān)的精度要求 。為了保證控制網(wǎng)的精度和避免不必要的返工浪費(fèi)，還應(yīng)該推算出控制網(wǎng)中各個(gè)元素的精度。 （ 4） 造標(biāo)埋石 在確定控制點(diǎn)的位置后，需要開始埋石造標(biāo)工作，埋設(shè)標(biāo)石作為標(biāo)記，建設(shè)的站標(biāo)高為觀測(cè)時(shí)瞄準(zhǔn)的目標(biāo)，最終所有觀察到的測(cè)量成果和點(diǎn)的坐標(biāo)都應(yīng)該歸于造標(biāo)中心上。而且還要選擇以外的基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)做大壩上變形點(diǎn)的參考。 為了避免投影誤差，也可以在 WGS 84 坐標(biāo)下測(cè)量，計(jì)算，比較和評(píng)價(jià)。 數(shù)據(jù)處理的思想是；此次總共對(duì)大壩控制網(wǎng)進(jìn)行倆期的變形監(jiān)測(cè)，在大壩整體位移并不大的情況下，那么控制網(wǎng)內(nèi)的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)就可以作為大壩形變的參照。然后進(jìn)行第二期的測(cè)量，將第一期的基準(zhǔn)點(diǎn) GC0 GC11 做為固定點(diǎn)，利用第二期原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算和網(wǎng)平差，將求得的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行精度檢核，看是否在誤差允許范圍之內(nèi)。 數(shù)據(jù)觀測(cè)要求 外業(yè)觀測(cè)作業(yè)中采取了如下幾個(gè)措施來提高觀測(cè)精度： (1) 衛(wèi)星的個(gè)數(shù)。 GDOP 值越小，表明衛(wèi)星星座與測(cè)站構(gòu)成的幾何圖形較好，觀測(cè)成果的質(zhì)量也較好 ，所以在觀測(cè)過程中選取的 GDOP 值均在 6以內(nèi)。 打開 Compass 靜態(tài)處理專業(yè)版軟件，新建項(xiàng)目，選擇 WGS84 坐標(biāo)系， 如圖 ： 圖 在工具欄中點(diǎn)擊 ，選擇 pass 數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入 。下面以 100773073 到 為例。如果觀測(cè)數(shù)據(jù)圖 基本連續(xù)平滑，表明觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量比較好；保留即可。 如圖： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 27 圖 然后點(diǎn)擊確定，再在基線上點(diǎn)擊右鍵，出現(xiàn)菜單后點(diǎn)擊“單獨(dú)處理這條基線”， 如圖 ： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 28 按照這種方法依次處理每條基線，使得每條基線的 Ratio（整周模糊度固定 ）值變?yōu)?， Rms（三差解）值變的很小，就完成了基線處理。 如圖 ： 圖 然后點(diǎn)擊“網(wǎng)平差”到“進(jìn)行網(wǎng)平差”進(jìn)行平差，然后點(diǎn)擊“成果”到“成果報(bào)告”，會(huì)看到如圖 ： 圖 把參考因子輸入到網(wǎng)平差設(shè)置中的協(xié)方差比例系數(shù)中。把網(wǎng)平差設(shè)置中的二維平 差、三維平差、水準(zhǔn)高程擬合都選中。具體方法為：用鼠標(biāo)在這個(gè)點(diǎn)點(diǎn)擊右鍵出現(xiàn)的窗口中點(diǎn)擊屬性，進(jìn)行坐標(biāo)輸入。 同樣，對(duì)第二期原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣方法的處理。 數(shù)據(jù)分析對(duì)比 經(jīng)過 pass 軟件處理，能夠獲得第一期和第二期觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差網(wǎng)點(diǎn)圖、分別在WGS— 84坐 標(biāo)系和 1954 北京坐標(biāo)系下的包括基線向量、 GPS 網(wǎng)平差、各點(diǎn)坐標(biāo)和精度的內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 30 報(bào)告，并對(duì)它們進(jìn)行對(duì)比分析，從而預(yù)測(cè)大壩的形變情況。58’” 112176。58’” 101176。58’” 112176。58’” 112176。50’” 112176。得到倆次觀測(cè)的坐標(biāo)值最大差值不超過3mm，且在允許的誤差范圍之內(nèi)，表明大壩沒有發(fā)生大的形變位移。50’” 112176。50’” 112176。50’” 112176。50’” 112176。50’” 112176。尤其是在高精度的大型建筑物的變形監(jiān)測(cè)中中一機(jī)多天線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用。 本文通過對(duì)大壩變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，說明在大壩的施工、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過程中，任何小小的疏忽和失誤都會(huì)對(duì)大壩造成無法想象的損失，其后果不堪設(shè)想。運(yùn)用 GPS 監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)大壩安全方面進(jìn)行行之有效的監(jiān)測(cè)，在未來還需要繼續(xù)采用，且希望能夠與其他更先進(jìn)的系統(tǒng)相結(jié)合，形成更完善的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中 A、 B 兩級(jí)一般是國(guó)家 GPS 控制網(wǎng)。 項(xiàng)目 級(jí)別 A B C D E 固定誤差 a(mm) ≤ 5 ≤ 8 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 比例誤差系數(shù)b(mm) ≤ ≤ 1 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 20 相鄰點(diǎn)最小距離(Km) 100 15 5 2 1 相鄰點(diǎn)最大距離(Km) 2021 250 40 15 10 相鄰點(diǎn)平均距離(Km) 300 70 15~10 10~5 5~2 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)書明書 36 在城市 GPS 測(cè)量中，基線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差要求如下表： A為基線邊長(zhǎng)的固定誤差， B為比例誤差系數(shù)（ 1 106）； 相鄰點(diǎn)最小距離為平均距離的 1/2~1/3；最大距離為平均距離的 2~3 倍； 當(dāng)邊長(zhǎng)小于 200m 時(shí)，邊長(zhǎng)中誤差應(yīng)小于 2