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GPS定位技术在变形监测中的应用1. 引言1.1 GPS定位技术在变形监测中的应用GPS定位技术是一种利用全球卫星导航系统（GNSS）进行位置测量和定位的技术，已经在变形监测领域得到广泛应用。
随着技术的不断发展，GPS定位技术在变形监测中的应用也越来越多样化和精确化。
通过GPS技术，可以实时监测地表或结构物的位移、形变等变化，为预防地质灾害、保障建筑物安全等提供了有效手段。
在地质灾害监测中，GPS定位技术可以用于监测地震引起的地表位移、火山喷发引起的地表形变等，提前预警可能的灾害风险。
在结构变形监测中，GPS技术可以用于监测建筑物、桥梁等结构物的变形情况，及时发现并处理潜在安全隐患。
在地质勘探中，GPS定位技术可以用于测量地下岩层的移动情况，为石油勘探、矿产勘查等提供准确数据。
在测绘领域中，GPS技术可以用于地图绘制、土地测量等工作，提高测绘精度和效率。
GPS定位技术在变形监测中的应用效果显著，已经成为变形监测领域的重要工具之一。
随着技术的不断发展，GPS定位技术的应用范围和精度还将进一步提升，对于变形监测的重要性也将逐渐凸显。
GPS定位技术的发展前景令人期待，将为变形监测领域带来更多的创新和进步。
2. 正文2.1 GPS技术原理和特点GPS（Global Positioning System）全球定位系统是一种通过卫星定位来确定地面上任何点的位置的技术。
其原理主要是利用至少3颗卫星的信号来计算接收器的位置，并通过时间差来确定距离。
GPS系统由24颗卫星组成，每颗卫星定期发出信号，接收器接收这些信号后计算出自己的位置。
GPS技术有以下几个特点：高精度。
通过多颗卫星的信号计算，能够实现几米甚至厘米级别的精确定位。
全天候。
只要有接收器能接收到卫星信号，GPS定位就能够进行，不受天气影响。
全球覆盖。
GPS系统的卫星遍布地球各个角落，几乎任何地方都可以进行定位。
GPS技术还具有实时性和可靠性的特点，可以在实时监测中起到关键作用。
使用GPS技术监测建筑物垂直位移变形近年来，随着科技的不断发展，GPS（全球定位系统）技术在监测建筑物位移变形方面扮演着越来越重要的角色。
通过利用GPS技术，可以精确测量建筑物的垂直位移变形，为工程师和研究人员提供宝贵的数据和准确的分析结果，以确保建筑物结构的安全性和稳定性。
本文将探讨使用GPS技术监测建筑物垂直位移变形的方法和优势。
一、GPS技术在建筑物监测中的应用GPS技术是一种通过卫星系统测量地球上任意位置的方法。
它可以提供高精度的地理位置信息，并且具有全天候、全球覆盖和无需设备物理接触等优势。
这使得GPS技术成为监测建筑物位移变形的理想选择。
在建筑物监测中，GPS技术可用于实时监测和长期监测两个方面。
实时监测主要通过安装GPS接收器和天线，获取建筑物的实时坐标信息。
这些数据可以直接反映建筑物的位移和变形情况，为工程师提供及时的警报和决策依据。
长期监测则通过定期测量建筑物的GPS数据，进行比对和分析，以推断结构变形和潜在问题的产生。
二、GPS技术在建筑物垂直位移变形监测中的优势1. 高精度测量：GPS技术具有亚米级的定位精度，可以准确测量建筑物的垂直位移变形。
这种高精度的测量为工程师提供了可靠的数据，帮助他们全面了解建筑物的运动情况。
2. 实时监测：相比传统的监测方法，GPS技术具有实时性强的特点。
通过GPS接收器和互联网的联动，建筑物的位移变形数据可以实时传输和显示，使工程师能够随时监测、分析和响应。
3. 全球覆盖：GPS系统是全球性的，无论建筑物位于哪个地区，都可以使用相同的GPS技术进行监测。
这使得工程师可以方便地进行多地区建筑物的位移变形监测和对比分析，减少了不同地区监测方法的差异性。
4. 多点监测：GPS技术可以同时监测多个建筑物的位移变形情况。
通过合理设置GPS接收器和天线，可以实现对多个建筑物的并行监测，提高监测效率和数据收集。
5. 成本效益：相比传统的监测方法，GPS技术的成本相对较低。
GPS技术在变形监测中的应用研究摘要：应用GPS定位技术对建筑物变形进行监测具有诸多优点，本文论证了其优越性，指出GPS为变形分析提供极为丰富的数据信息，充分体现了实时、连续、高效、自动化、动态监测的特点关键词：GPS；变形监测；应用Abstract: There are many advantages of GPS technology when be applied for building deformation monitoring. This paper demonstrates its superiority, pointes out that the GPS provides extremely rich data for deformation analysis, fully embodying the characteristics of real-time, continuous, efficient, automated, dynamic monitoring.Key words: GPS; deformation monitoring; application中图分类号:P228.4文献标识码：A 文章编号：GPS给导航定位及大地测量等学科带来了一场革命性的变革。
它具有速度快、全天候、自动化程度高、测站间无需通视、可同时测定点的三维坐标等优点。
随着ＧＰＳ技术飞速的发展，高精度和自动化的ＧＰＳ变形监测成为可能。
目前，该技术已广泛应用于各种形式，如大坝、各类工程结构等的变形监测。
1 GPS技术应用于变形监测的优点GPS在变形监测方面的应用前景越来越宽广，常规技术有不少优越之处。
（1）自动化程度高。
用GPS接收机进行测量时，仅需一人将天线准确地安置在测站上，量测天线高，接通电源，启动接收机，仪器即自动开始工作。
在结束测量时，只需关闭电源，收起接收机，便完成野外数据采集。
（2）定位精度高。
GPS用于变形监测的模式和方法探讨GPS定位技术是一种新的测量技术，已逐渐在越来越多的领域取代了常规测量仪器。
随着GPS接收机技术和软件处理技术尤其是GPS卫星信号解算精度的提高，可以实现实时、高动态、高精度的位移测量，为建筑物实时安全性监测提供了条件。
1 GPS应用于变形监测的技术优势1.1 测站间无需保持通视。
由于GPS定位时测站间无需保持通视，从而可使变形监测网的布设更为自由、方便，并可省去不少中间传递过渡点，节省大量费用。
1.2 能同时测定点的三维位移。
采用传统方法进行变形监测时，水平位移和垂直位移是分别测定的，这不仅增加了工作量，而且监测的时间和点位也不一定一致，从而增加了变形分析的难度。
1.3 全天候观测。
GPS测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行正常观测。
配备防雷电设施后变形监测系统就能实现全天候观测。
这一点对于防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害监测等应用领域来讲显得特别重要。
1.4 易于实现监测的自动化。
由于GPS接收机的数据采集工作是自动进行的，而且又为用户预留了必要的接口，故用户可以较为方便地把GPS变形监测系统建成无人值守的自动监测系统，实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化。
1.5 可消除或削弱系统误差的影响。
在变形监测中，接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果，只要天线在监测过程中能保持固定不动即可。
同样GPS变形监测网中的起始坐标的误差，数据处理中所用的定位软件本身的不完善以及卫星信号在大气层中的传播误差（电离层延迟、对流层延迟、多路径误差等）中的公共部分的影响也可得以消除或削弱。
1.6 可直接用大地高进行垂直变形测量。
在GPS测量中高程系统一直是一个棘手的问题。
因为GPS定位只能测定大地高，在垂直位移监测中我们关心的只是高程的变化，因而完全可以在大地高系统中进行监测。
2 GPS应用于变形监测的模式和方法GPS用于变形监测的作业方式可划分为周期性和连续性（Episodic and Continuous Mode）两种模式。
GPS 技术在工程变形 监测中的应用研究王智育GPS （全球卫星定位系统）自八十年代中叶投入民用后，已广泛地在导航、定位等各领域应用，尤其在测量界的控制测量中起了划时代的作用。
正因为是它在静态相对定位中的高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，使人们普遍采用其来代替（逐渐地）常规的三角、三边、边角等方法，并在理论、实践中取得了可喜的成果。
但在精密工程变形监测中没有应用，尚处于理论研究和实践之中。
本文将对GPS 在（工程）变形监测中的基准设计、图形结构强度设计、观测时段的设计、监测周期的设计等方面作一探讨，着重提出一套在数据预处理过程中，利用连续观测、分历元进行数据预处理的方法，提出一套利用GPS 技术进行工程变形观测的新思路。
1 基准设计在工程变形监测中，基准设计（包括位置基准和内外部尺度基准设计）是一项关系到监测成果是否可靠、准确地反映变形体的变形情况的工作，以常规的手段，对某一工程整体变形监测，由于仪器和其它诸多因素的制约，使得监测网的基准点不能离开变形监测区域太远，且又须顾及太近将又要受自身变形的影响，不能准确地反映变形数值，所以比较困难。
由于GPS 技术的不断完善，高精度的仪器的面世（1mm+0.5PPM ）。
解决这一问题就比较容易了，完全可以将基准点选在变形区外，从而保证了数据的可信度。
当然根据监测的变形体的特殊要求，规定一定的合适内部、外部尺度基准，对数据成果的分析具有一定的意义。
2 图形结构强度设计图形强度设计指变形点之间，变形点与基准点之间的几何图形配置，网中独立基线数目和相互连接方式设计。
首先，在图形选择过程中，必须顾及基准点对变形点的有效控制，同时基准点之间又要能相互检校。
其次，在模型识别和参数识别方面的设计将可保证真正的变形模型，和引起变形的真正因素，以便分析引起变形的真正因素和采取相应的对策。
2.1 模型识别的设计模型在设计参考同时，它应能有效地检测出网中任何一个不稳定点；在设计相对网时，应能正确地从几种可能的变形模型中检测和分离出真正的变形模型。
浅析工程测量中GPS技术在变形监测中的应用摘要：随着大量工程建设的开工，工程测量工作在各种工程的开工建设过程中显得尤为重要，尤其是变形监测。
GPS作为工程测量技术的一种，由于其自身的优点，已经被广泛运用到各种工程建设变形监测中去。
本文分析了工程测量技术中GPS在变形监测应用中的优点，并分析了GPS技术在多种工程变形监测中的应用，希望能够提高我国工程测量技术水平，促进我国工程建设的进步与发展。
一、GPS变形监测的特点在工程测量变形监测中，运用GPS技术能够有效的进行工程变形监测，从而在多种工程建设中被广泛应用。
具体来说，GPS技术在变形监测应用中具有以下优点：1.1测站间无需保持通视在工程变形监测中，利用GPS定位技术能够省去测站间的通视，不但使得布设变形监测网时更为便利以及自由，还能够减少中间的传递过渡点，从而大量的节约了费用。
1.2能同时测定点的三维位移采用传统方法进行变形监测时，平面位移通常是采用正锤线、倒锤线、边角导线、方向交会、距离交会和全站仪极坐标法等方法来测定的，而垂直位移则一般采用精密水准测量、液体静力水准测量、倾斜仪等手段来测定。
水平位移和垂直位移的分别测定不仅增加了工作量，而且监测的时间和点位也不一定一致，从而增加了变形分析的难度。
1.3全天候观测在变形监测中，GPS技术能够在恶劣天下进行正常观测，从而可以不受自然天气的影响。
需要注意的是，为了防止雷雨天气对GPS系统的破坏，需要配备防雷电设施。
除了在变形监测中得到广泛应用，GPS全天候监测还可以用于一些地质灾害的检测，包括滑坡、泥石流以及防汛抗洪等。
1.4全系统自动化由于GPS接收机能够自动进行数据的采集工作，并且通常会为用户进行必要接口的预留，这就使得用户可以将GPS变形监测系统较为方便的建成自动监测系统，免去了需要人员值守监测的繁琐工作，从而实现数据信息全自动化的采集、传输、处理、分析以及报警等。
有必要时，用户可以很方便地从控制中心的办公室中来观看每台GPS接收机的板面信息，也可以在办公室中发布命令来更改数据采样率、时段长度和截止高度角等设置.这对于长期连续运行的监测系统是很重要的，可降低监测成本，提高监测资料的可靠性。
GPS定位技术在变形监测中的应用GPS定位技术为变形监测提供一种新的手段，由于GPS具有自动化程度高、速度快、同时测定点等监测优势，被广泛应用于各种精密工程，通常GPS技术应用采用定期复测与长期连续监测模式，用户设备只需要接收卫星信号，就可以获取精准的定位信息和导航数据。
本文以下主要通过GPS定位技术的探讨，提出了在变形监测中的应用参考。
标签：GPS技术；变形监测；定位系统0 前言GPS定位技术是导航技术、卫星定位与现代通信技术的融合，作为新一代空间定位系统，GPS可削弱系统误差的影响，提高监测的精准度和监测效率。
当前GPS定位技术在变形监测中迅速得到了推广，是一种极为有效的变形监测方法。
但由于应用过程中会受到多方面误差源的影响，导致GPS定位技术难以达到三维监测。
因此，在实际应用过程中应消除和减弱系统误差，进一步提高GPS技术的应用和推广。
1 GPS定位技术在变形监测中应用特点及途径1.1 GPS定位技术系统组成部分GBS全球定位技术，可以为用户提供精准的速度、时间、三维坐标等精准信息，具有实时性、全球性、连续性等监测优点，被广泛应用于各种大型工程监测。
GPS定位技术主要由空间技术、控制系统、用户部分组成。
GPS空间技术由多颗卫星组成，卫星均匀分布于55°的轨道，运行周期约为12恒星时，为地球表面、任一地点，提供实时和全球性导航定位；控制系统是由全球地面跟踪站组成的监控系统，提供GPS卫星播发的星历，控制卫星的轨道运行，向卫星传输信息资料以及卫星设备运转等工作；用户部分主要包括数据接收机、数据处理软件等设备，主要负责接收、转换、测量卫星传输的GPS信号，完成导航和定位。
1.2 GPS定位技术在变形监测中的应用途径GPS定位技术在变形检测中应用，相对常规电子测量仪器具有不可比拟的优越性，实时、连续和高精度的自动监测极大提高了测量精度和效率。
GPS定位技术在变形监测应用主要表现以下几个方面：桥梁健康监测方面，GPS定位技术进行桥梁变形监测，可以避免传统测量技术在通视、高差、距离等方面存在的问题，在提高监测效率的同时，减少外业工作量；大坝安全监测方面，GPS定位技术主要包括裂缝、位移、扰度等方面的检测，当大坝在水负载重压下产生变形后，会产生溃坝的危险，需要利用GPS定位技术长期进行高精度变形监测；滑坡监测方面，GPS自动化程度高，可以达到mm级的精度，并自行对数据进行采集；高层建筑监测方面，建筑物体监测环境复杂、几何尺寸较大，对监测精度要求较高，相对于传统测量可以实现实时性与连续性的高精度定位测量，可获取不大于10mm的高程精度测量，精确监测高层建筑物的动态特征；总之，GPS技术可以在更多领域进行高精度、实时性、连续性、高可靠性的变形监测。
GPS技术在工程变形监测中的应用研究GPS技术在工程变形监测中的应用研究摘要：在工程的变形监测中分析GPS应用情况以及GPS具有方便实用等特点，并且对工程变形监测中的监测的周期设计、基准设计、时段的观测设计以及图形结构的强度设计等研究，发现一些对工程变形监测的建设有价值的结论。
关键词：GPS技术；工程变形监测；应用；研究1.前言GPS是全球定位系统的英文缩写，现在在定位、导航等领域被广泛的应用，特别是在工程测量中的控制测量方面具有重要的意义，由于GPS具有全天候、全球性、高速度、高精度、高效益以及无需通视等在静态相对定位中的优点，传统的三边、边角、三角等方法已经普遍被GPS所取代，而且在理论和实践中都取得非常理想的效果【1】。
GPS在精密的工程变形监测中还处在开发研究阶段，还没有被广泛应用，但是也相对的得到开展。
本文将GPS对工程变形监测中的监测的周期设计、基准设计、时段的观测设计以及图形结构的强度设计等进行研究，探讨出利用分历元及连续观测的方法对数据进行预处理，提出在工程变形监测中对GPS技术的利用新方法。
2.工程变形监测中GPS的现状分析GPS技术经过短短几年的开展，观测边长已经到达了9-8的相对精确度，在传统的测量精确度上还提高了4个量级。
在变形监测上GPS主要被以下领域应用：传统常规的滑坡观测需要多方位进行测量，而GPS那么解决了这个麻烦，用GPS观测，能对滑坡的整体活动性进行全方位的观测，对掌握滑坡发育以及滑坡变形的规律的监测采用GPS技术是非常科学的【2】。
大型建筑物的位移采用GPS进行实时监测，不仅具有速度快、受外界的影响较小、精确度比拟高以及自动化的程度比拟高等优点，而且还可以对大型建筑物的各个被测点的三维移动变化进行全天候的测量，找到大型建筑物发生三维位移的规律，保障了大型建筑物的运营平安，提供的监测参数对大型建筑物的养护及维修起到指导的重要作用。
在水库大坝的外观变形监测工作中，GPS技术不仅可以满足其精确度的要求，还能实现对其进行自动化的监测。
探讨GPS测量在变形监测中的运用摘要：GPS测量技术以其测站点之间无需通视、全天候观测、提供三维信息、测量范围大等特点在社会各领域中被广泛使用。
本文结合多年的工作经验，探讨GPS测量在变形监测中的运用。
关键词：GPS；变形监测；测量近年来，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对生产安全、生产效率的要求也越来越高。
如果仍然使用传统测量方法，不仅工作量大，而且定位精度也很难达到要求。
GPS全球定位系统作为一种全新的现代空间定位技术，逐渐取代了常规的光学和电子测量仪器。
GPS测量技术以其测站点之间无需通视、全天候观测、提供三维信息、测量范围大等特点，已成为现代测量的主要技术手段。
GPS不需要各种点（基准点、监测点）之间通视，测量范围也不受限制，同时具有高速数据采样率，使其在工程变形监测方面，具有独特测量优势。
比如对于滑坡体较大通视条件差或大的露天矿边坡，很难找到通视的基准点，采用GPS 监测时，基准点就可以选在远离变形区，而不是否通视。
对于海上勘探平台沉陷监测、城市地面沉陷监测，采用传统的水准测量方法无法实现或作业强度很大，采用GPS可以降低劳动强度，而且可以直接利用大地高计算沉陷量，使观测结果的精度不受损失。
利用GPS数据的高采样率，可用于高耸建筑物的风振监测、桥梁的振动监测，尤其是5公里以上特长桥梁。
1. GPS变形监测作业方式GPS用于变形监测的作业方式可分为周期性和连续性两种模式。
当变形体的变形速率相当缓慢，在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时，可利用GPS 进行周期性变形监测，监测频率视具体情况可为数月、一年或甚至更长时间。
连续性变形监测指的是采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。
周期性模式采用GPS静态相对定位的测量方法。
该测量模式成本低，一般监测采用该模式。
比如目前三峡库区滑坡、李家峡水电站滑坡，龙羊峡水库近岸滑坡等监测工程中均采用该模式。
基于GPS技术的建筑物变形监测应用研究【摘要】gps技术在建筑物变形监测方面具有全自动化、实时监测的优点，本文介绍了gps在建筑物变形监测中的应用，分析了gps用于变形监测的模式、方法和gps测量的误差来源。
最后指出了gps技术在实时变形监测方面的应用前景。
【关键词】gps；建筑物；变形监测1.引言作为现代化城市建设的标志，高层建筑和高耸构筑物（如超高层大楼、大跨度桥梁、大型水坝等）不仅越来越多，而且造型日趋复杂。
为保证安全，我们必须时刻监测这些建筑并分析、掌握这些变形信息，以此来评估这些大型建筑的健康和运营状况。
gps定位技术是一种新的测量技术，已逐渐在越来越多的领域取代了常规测量仪器。
随着gps接收机技术和软件处理技术尤其是gps卫星信号解算精度的提高，可以实现实时、高动态、高精度的位移测量，为建筑物实时安全性监测提供了条件。
由于gps测量具有高精度的三维定位能力，在变形监测方面，与传统方法相比较，应用gps不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用gps技术、计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现全自动化、实时监测的目的。
2.gps应用于变形监测的技术优势（1）测站间无需保持通视。
由于gps定位时测站间无需保持通视，从而可使变形监测网的布设更为自由、方便，并可省去不少中间传递过渡点，节省大量费用。
（2）能同时测定点的三维位移。
采用传统方法进行变形监测时，水平位移和垂直位移是分别测定的，这不仅增加了工作量，而且监测的时间和点位也不一定一致，从而增加了变形分析的难度。
（3）全天候观测。
gps测量不受气候条件的限制，在风雪雨雾中仍能进行正常观测。
配备防雷电设施后变形监测系统就能实现全天候观测。
这一点对于防汛抗洪、滑坡、泥石流等地质灾害监测等应用领域来讲显得特别重要。
（4）易于实现监测的自动化。
由于gps接收机的数据采集工作是自动进行的，而且又为用户预留了必要的接口，故用户可以较为方便地把gps变形监测系统建成无人值守的自动监测系统，实现从数据采集、传输、处理、分析、报警到入库的全自动化。
使用GPS技术监测建筑物水平位移变形建筑物是人类社会发展的重要组成部分，随着城市化进程的加快和建筑物的不断增多，对建筑物的安全性和稳定性的要求也越来越高。
因此，实时监测建筑物的位移变形成为了一项重要任务。
近年来，全球定位系统（GPS）技术在建筑结构监测领域得到广泛运用，并取得了较好的效果。
1. GPS技术及其原理GPS是由一系列的卫星组成的系统，通过接收卫星发出的信号来确定接收装置的位置。
GPS系统由空间部分、控制部分和用户部分组成，其中空间部分是由卫星组成，控制部分负责卫星的轨道控制，而用户部分则是接收卫星信号并计算得出位置信息。
GPS技术的工作原理是通过测量卫星与接收装置之间的距离差，利用三角定位原理得出接收装置的具体位置，进而实现对建筑物位移变形的监测。
GPS具有较高的精度和稳定性，因此适用于建筑物的实时监测。
2. GPS技术在建筑物监测中的应用GPS技术在建筑物监测中的应用主要体现在对建筑物水平位移变形的监测上。
通过将GPS接收装置固定在建筑物上，可以实时测量建筑物的水平位移，进而判断建筑物是否存在位移变形的情况。
为了提高监测的精度和准确性，通常会将多个GPS接收装置放置在不同位置，并将它们之间进行精确测量，以消除误差和干扰。
通过对多个接收装置的数据进行分析和处理，可以得到更准确的位移变形情况，并及时采取相应的措施。
3. GPS技术监测建筑物水平位移变形的优势与传统的监测方法相比，使用GPS技术对建筑物水平位移变形进行监测具有以下优势：3.1 高精度和高准确性：GPS技术能够提供较高的测量精度和数据准确性，可以实时监测建筑物的微小位移变化，并及时发现异常情况。
3.2 实时监测和远程传输：GPS技术可以实时监测建筑物的位移变形情况，并将数据通过无线网络传输到监测中心，方便专业人员进行实时分析和处理。
3.3 经济高效：相对于传统的监测方法，使用GPS技术可以降低监测成本和人力投入，提高监测效率和准确性。
GPS变形监测数据处理方法的研究的开题报告一、选题背景近年来，随着城市化进程不断推进，人类对土地的开发利用越来越频繁，导致了地表变形的增加。
土地变形会带来许多不利的影响，如构筑物破坏、管线泄漏、道路塌陷等。
因此，对土地变形进行监测和预测对于城市管理和生态环境保护至关重要。
在土地变形监测中，GPS技术具有精度高、覆盖范围广、安装方便等优点，因此被广泛应用。
然而，GPS技术在实际应用中也存在一些问题，如存在多路径效应、大气延迟和卫星轨道误差等，会对GPS测量结果产生影响。
因此，如何准确地处理GPS监测数据，成为了土地变形监测研究中的重要问题之一。
二、研究目的本研究旨在探讨GPS变形监测数据处理方法，通过对GPS监测数据进行预处理、数据分析和建模，获取准确的土地变形情况，并对监测数据进行可靠的分析和预测。
三、研究内容1. GPS监测数据预处理，包括数据采集、数据清洗、数据筛选等步骤；2. GPS监测数据分析，包括数据可视化分析、空间序列模型建立等步骤；3. 建立基于GPS监测数据的土地变形模型，通过对监测数据的预测和分析，得出土地变形趋势，为城市规划和土地利用提供参考。
四、研究方法本研究将采用实验数据分析方法，通过对GPS监测数据进行预处理、分析和建模，来研究GPS变形监测数据的处理方法。
具体步骤包括：1. 选取GPS监测站点，并进行数据采集和清洗；2. 对GPS监测数据进行数据筛选和可视化分析，提取数据特征；3. 建立空间序列模型和时间序列模型，对监测数据进行建模和分析；4. 根据研究结果，进行数据预测和分析。
五、预期结果通过本研究，预计可以通过GPS监测数据处理方法，准确地预测和分析土地变形情况，并为城市管理和土地利用提供参考。
同时，本研究也可为GPS技术在土地变形监测中的应用提供参考和借鉴。
摘要由于GPS可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数，目前在各类变形监测中已得到了广泛的应用。
基于GPS技术的变形监测是工程领域研究的热点问题，近年来，GPS技术在桥梁工程变形监测中也得到了成功的应用。
本论文在分析GPS技术应用于桥梁工程变形监测的研究成果及现状的基础上，阐述了变形监测以及GPS测量的基本原理，对GPS 变形监测技术在桥梁工程中的应用做了系统的研究同时也介绍了方差补偿自适应Kalman滤波模型处理数据的原理以及实现步骤。
关键词：GPS技术桥梁变形监测Kalman滤波一、G P S概述GPS又称为全球定位系统，主要包括空问星座、地面控制和用户设备三部分。
GPS是信息技术飞速发展的必然产物，也是社会进步的重要标志之一。
GPS测量技术的迅速发展，为我国当前工程测量中的变形监测提供了科学有效的技术手段。
GPS能快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标和相关信息，全天候、高精度、自动化、高效益等是其重要特点，因此，GPS被广泛应用于各个领域。
GPS主要是借助于地面的接收设备、卫星等科技手段，在全球范围内进行的实时定位和导航的一套系统。
在科学技术飞速发展的当今社会，作为变形监测技术的重要组成部分的GPS技术，在变形监测中的作用和优势日益突出。
因为GPS技术具有能够全天候地为全球的用户不断地提供高精度的三维坐标、三维速度和时问信息等技术参数，因而GPS在当前各类变形监测中的应用也变得越来越广泛，地位也越来越重要。
二、桥梁变形监测的目的和意义社会的进步和国民经济的发展，加快了工程建设的进程，而且现代工程的规模之大、耗资之大，造型难度都超出了人们的想象。
在工程建筑物运营期间，不可避免地受到内在和外界因素的影响，从而引起建筑物一些部位的变化，一些重要部位的变化都可能引起建筑物整体的变化，导致建筑物不能正常运营甚至造成不可估量的损失。
不可否认，各种工程建设的实施必然离不开交通运输业，对交通运输事业的需求也日益增长，因此，近年来，我国在修路筑桥方面增加了人力、物力和财力投入，加快桥梁等基础设施建设，提升城镇交通运输能力。
GPS变形监测技术及其数据处理方法研究的开题报告一、选题背景和意义GPS（Global Positioning System）是全球定位系统的缩写，它是现代测绘和导航中使用最广泛、应用最为成熟的一种技术，具有高精度、高效率、全天候等优点。
GPS监测技术可以用于地质灾害、建筑工程、桥梁隧道等工程结构的变形监测，对于实现准确监测和安全预警具有重要的作用。
然而，在使用GPS监测技术时，受到多种因素的影响，如大气、地球自转、信号传播等，随着监测时间的增长，GPS监测站点可能会出现不同程度的变形，导致监测精度下降，影响效果。
因此，对GPS监测站点的变形进行及时准确的监测和分析，不仅有助于实现精准监测和预警，而且对于工程结构的稳定性和安全性方面具有重要意义。
本研究旨在探究一种GPS变形监测技术及其数据处理方法，以提高GPS监测技术的实用性和精度，为相关行业提供技术支持和指导。
二、研究内容及技术路线2.1 研究内容（1）GPS变形监测技术的原理及特点：探讨GPS变形监测技术的基本原理和其在工程结构变形监测中的应用特点。
（2）GPS变形监测站点的建立和维护：根据相关技术标准和规范，设计和建立GPS变形监测站点，并进行实地验证和维护。
（3）GPS变形监测数据处理方法的研究：研究GPS变形监测数据的获取、处理和分析方法，包括数据筛选、异常值处理、数据填补、变形分析等方面。
（4）案例分析和验证：通过实际的GPS变形监测案例，验证GPS变形监测技术及其数据处理方法的可行性和有效性。
2.2 技术路线（1）文献研究：深入了解GPS变形监测技术的发展现状和研究进展，明确研究目标和任务。
（2）场地实地调查和建站：根据研究需求和技术要求，确定GPS变形监测站点建设选址和测量标准点设置，并进行实地调查和建站工作。
（3）GPS变形监测数据采集和处理：利用专业GPS监测设备，采集GPS变形监测数据，并进行数据处理和分析。
（4）GPS变形监测数据分析和研究：对采集到的GPS变形监测数据进行深入分析与研究，探索GPS变形监测技术及其数据处理方法的优化和创新。
第33卷第2期2008年3月测绘科学Science of Surveying and M app ingVol 133No 12Mar 1作者简介:陈刚(19712),男,湖北咸宁人,副教授,博士生,现从事“3S ”技术在资源与环境监测中的应用研究。
E 2mail:whcg@vi p 1sina 1com 收稿日期:2006211216基金项目:中国地质大学出国留学人员科研基金项目资助(C UG LX0505082)GPS 变形监测的位移显著性检验方法研究陈 刚①,胡友健①,赵 斌①,Kefei Zhang ②,梁新美①(①中国地质大学测绘工程系,武汉 430074;②School of Mathe matical and Geos patial Sciences,R M I T University,Melbourne 3001,V ict oria,Australia )【摘 要】目前普遍采用的位移显著性检验方法,是人为地将客观上的空间位移问题转化为地方(局部)坐标系中的1维或2维位移问题来进行检验,既使位移检验在理论上的严密性受到损害,又使GPS 能够在协议地球坐标系(I TRF 或W GS 284)中同时精确测定空间3维位移的优越性得不到充分利用。
由于在位移转换过程中会引入误差,可能导致位移显著性检验结果不可靠,尤其是当位移量小而坐标转换误差大时可靠性更低。
为了避免由于位移转换存在误差而影响位移显著性检验结果的可靠性,本文提出了用GPS 进行变形监测时,直接在I TRF 或W GS 284空间坐标参考框架下进行位移显著性检验的新方法—“变形误差椭球检验法”,严密地推导了有关理论公式,给出了具体的检验方法,并进行了实例计算和分析。
【关键词】GPS;变形监测;位移显著性检验;变形误差椭球【中图分类号】P258 【文献标识码】A 【文章编号】100922307(2008)022*******DO I:1013771/j 1issn 11009223071200810210321 位移显著性检验方法概述变形监测点的两期监测数据经过处理后求得的坐标差,究竟是位移量还是观测误差的反映,需要经过严密的检验分析才能判定。
目前广泛采用的位移显著性检验方法,可归纳为单点位移显著性检验、整体位移显著性检验和变形误差椭圆检验3种方法[1]。
单点位移显著性检验,目前广泛采用t 检验法。
该法是作统计量t =Δx /m ∧Δx (Δx 为两期监测的坐标差;m ∧Δx 为其中误差),选定显著性水平α,如果|t |>t α/2,认为位移显著,否则,认为点位稳定。
用于整体位移显著性检验的平均间隙法,是首先利用两期平差的全部坐标差Δx 及其权阵P Δx ,计算单位权中误差〗^m Δx 2=Δx TP Δx Δx /f Δx (f Δx 为Δx中独立量的个数),作统计量F =^m Δx 2/^m 20(m ∧0为母体单位权中误差)。
然后,选定显著性水平α,通过F 检验作出总体上位移是否显著的判断。
如果总体位移显著,然后再逐个找出位移显著的点。
变形误差椭圆法,是首先利用变形监测网两期平差后的坐标协因素和单位权中误差,作出每一个监测点的误差椭圆,取k 倍中误差作出极限误差椭圆。
然后,根据点的位移向量是否落在极限误差椭圆之内来判断位移是否显著。
上述各种位移显著性检验方法用于GPS 变形监测分析,都存在不足之处:①t 检验法和平均间隙法的检验过程和结果都不直观,且不能用于两期监测精度不同的情况下,而实际上,严格说来,任意两期监测都不可能是完全等精度的;②需要将监测点在I T RF 或W GS 284中的3维坐标转换到地方平面直角坐标系和高程系统中,由于坐标转换过程中会引入误差,这可能导致位移检验分析结果不可靠,尤其是当位移量小而坐标转换误差大时可靠性更低;③人为地将客观上的空间位移问题转化为1维或2维位移问题来进行检验,这就使位移检验的严密性受到损害,也使GPS 可以在I T RF 或W GS 284坐标框架下同时精确测定3维位移的优越性得不到充分利用。
因此,在GPS 变形监测中,采用“变形误差椭球检验法”,直接在I T RF 或W GS 284空间坐标参考框架下进行位移显著性检验,有其合理性和必要性。
2 “变形误差椭球检验法”211 变形误差椭球设GPS 变形监测网的两期监测数据处理后,求得某监测点在I TRF 或W GS 284坐标系中的坐标分别为X 1=X 1Y 1Z 1T X 2=X 2Y 2Z 2T 坐标协方差阵分别为D 1=D X 1X 1D X 1Y 1D X 1Z 1D X 1Y 1D Y 1Y 1D Y 1Z 1D X 1Z 1D Y 1Z 1D Z 1Z D 2=D X 2X 2D X 2Y 2D X 2Z 2D X 2Y 2D Y 2Y 2D Y 2Z 2D X 2Z 2D Y 2Z 2D Z 2Z 两期监测的坐标差及其协方差阵分别为ΔX =x 2-x 1y 2-y 1z 2-z 1 D ΔX ΔX =D Δx Δx D Δx Δy D Δx Δz D Δx Δy D Δy Δy D Δy Δz D Δx ΔzD Δy ΔzD Δz Δz=D 1+D 2 作协方差阵D ΔX ΔX 的特征方程:D ΔX ΔX -λI =D Δx Δx -λD Δx ΔyD Δx Δz D Δx Δy D Δy Δy -λD Δy Δz D Δx ΔzD Δy ΔzD Δz Δz -λ=0(1) 由式(1)得:λ3-I 1λ2+I 2λ-I 3=0(2)式中I 1=D Δx Δx +D Δy Δy +D Δz Δz ;I 2=D Δx Δx D Δx Δy D Δx ΔyD Δy Δy +D Δx Δx D Δx Δz D Δx Δz D Δz Δz+D Δy ΔyD Δy Δz D Δy Δz D Δz Δz;I 3=D Δx ΔxD Δx Δy D Δx Δz D Δx Δy D Δy Δy D Δy Δz D Δx ΔzD Δy ΔzD Δz Δz 第2期 陈 刚等 GPS 变形监测的位移显著性检验方法研究 这里所讨论的空间曲面为二次椭球面,其特征根都是实数[2]。
因此,解式(2)可得到3个实根λ1、λ2、λ3,它们分别为变形误差椭球的长半轴、中半轴和短半轴。
令X =x,y,z T 为与λ对应的特征向量,得特征向量方程为D ΔX ΔX -λI X =D Δx Δx -λD Δx Δy D Δx Δz D Δx Δy D Δy Δy -λD Δy Δz D Δx ΔzD Δy ΔzD Δz Δz -λxy z =0(3) 将解得的特征根λ代入上式,即可求得特征向量(x ,y ,z ),从而确定变形误差椭球的长轴、中轴和短轴的方向。
设椭球某轴线方向与坐标轴x 、y 、z 之间的夹角(称之为方向角)分别为α、β、γ,则其方向角可用下式计算:cosα=x x 2+y 2+z2;cosβ=y x 2+y 2+z2;cosγ=z x 2+y 2+z2(4) 如果将坐标轴x 、y 、z 分别旋转到与变形误差椭球的长轴、中轴和短轴重合,则在新坐标系x ′、y ′、z ′中,变形误差椭球的标准方程为x ′2/λ21+y ′2/λ22+z ′2/λ23=1(5)212 置信误差椭球由概率理论知,对于3个随机误差x 、y 、z ,由其确定的形变量误差为u ,如果x 2/λ21+y 2/λ22+z 2/λ23=u ≤c2(6) 则认为u 位于误差椭球之内或之上。
设随机误差x 、y 、z 的期望值为0,则u 服从χ2分布,其密度函数为[3]f (u )=u n 2-1e-12u /(2n2Γ(n2)) (0<u <∞)(7) 将自由度n =3代入上式得:f (u )=122Γ(1.5)ue -12u 于是,形变量误差u 落在误差椭球之上或之内的概率为P =P x 2λ21+y 2λ22+z 2λ23=u ≤c 2=122Γ(115)∫c 20ue 12u du(8) 令α=1-P ,则α为形变量误差u 落在误差椭球之外的概率。
对于任意给定的α,可由式(8)求得对应的c 值,从而确定一个相应的误差椭球,即是在置信水平α下的形变量的置信误差椭球。
置信误差椭球的长半轴、中半轴和短半轴λ′1、λ′2、λ′3的长度为前述变形误差椭球的半轴长度的c 倍,方向角与前述变形误差椭球相同。
式(8)中的被积函数不可积,用数值积分法求得概率P 与c 值的几组对应数值列入表1。
可见,形变量误差u 落在c =3的误差椭球之外的概率约为0103,此概率值与概率统计检验中经常取用的0101或0105的显著性水平很接近。
如果取α=0.03,则当两次数据处理求得变形监测点的空间位移矢量的终点落在c =3的置信误差椭球之外时,监测点位移显著;反之,则位移不显著。
表1 形变量误差u 落在误差椭球之内的概率p 与c 值之间的关系c 110115210215310315410415p011987014778017385018999019707019934019989019996213 任意方向位移的误差计算及其显著性检验利用上面导出的空间变形误差椭球和置信误差椭球的有关理论公式和计算方法,即可在3维空间进行位移显著性的检验与分析。
但是,空间误差椭球的计算和作图较为复杂。
当只需要对空间某一特定方向的位移显著性进行检验分析时,可以采用任意方向位移的误差计算及其显著性检验方法,从而使计算工作大为简化。
下面导出空间任意方向位移的误差计算公式及其显著性检验方法。
图1 空间任意方向确定示意图如图1所示,监测点在空间的任意一个位移方向ok ,可以用两个角度来确定:即该方向与Δz轴之间的夹角δ和其在平面ΔxoΔy 内的垂直投影ok ′与Δx 轴之间的夹角φ。
方向角φ的变化范围为0～360°;δ的变化范围为0～180°。
设监测点在平面ΔxoΔy 内的ok ′方向的位移真误差为d φ,在空间任意一个方向ok 的位移真误差为dδ,则根据坐标转换关系和误差传播定律,可推得在φ方向和δ方向的位移方差分别为D ΔφΔφ=D Δx Δx cos 2φ+D Δy Δy sin 2φ+D Δx Δy sin2φD ΔδΔδ=D Δz Δz cos 2φ+D ΔφΔφsin 2φ+D Δz Δφsin2φ(9) 式中:D Δz Δφ=DΔx Δy cos φ+D Δy Δz sin φ设监测点两期监测的坐标差为Δx 、Δy 、Δz ,其在3维空间的位移量为Δk =Δx 2+Δy 2+Δz 2(10) 为便于计算空间位移向量Δk 方向的位移误差,首先利用坐标差求出Δk 与Δz 轴之间的夹角δ及其在平面ΔxoΔy 上的垂直投影ok ′与Δx 轴之间的夹角φ,其计算公式为cos φ=Δx Δx 2+Δy 2;cosδ=ΔzΔx 2+Δy 2+Δz2(11)再将φ、δ的值代入式(9)中,即可求得空间位移向量Δk方向的位移误差D ΔδΔδ。
