GPS在大地及工程变形观测中的应用

①基金项目：教育部博士点基金资助项目（0⑴053315）形变观测包括地球动力学地震观测和工程建筑物的变形观测。工程形变一般包括建（构）筑物的位移和人为原因造成的建（构）筑物或地壳的形变。传统的变形监测方法主要有两大类：一是常规的测量方法（大地测量方法与摄影测量方法）二是物理学传感器方法。

常规的大地测量方法具有测量精度高、资料可靠等优点，但又有观测工作量大、效率低，受气候的影响大，并要求监测点与基点通视等缺点，这些缺点对变形监测有非常不利的影响；物理传感器方法主要是指应力应变计、倾斜仪等方法，这些方法的优点是能获得观测对象内部的一些信息及高精度局部的相对变形信息，并且能实现长期连续的自动化观测，这些方法的缺点是只能观测有限的局部变形。近年来发展的GPS测量技术具有高精度的三维定位能力，为监测地壳形变及各种工程变形提供了极为有效的手段。

GPS在地球动力学及地震监测中的应用GPS在地球动力学中的应用，主要是用来监测全球和区域板块的运动，监测区域和局部地壳运动，从而进行地球成因及动力机制的研究。根据测定的板块运动的速度和方向及地壳运动变形量，分析地倾斜、地应变的积累，研究地下断层活动模式及应力变化，达到开展地震危险性估计及地震预报的目的。如利用云南滇西两期GPS监测资料，反演红河断裂带下断层活动模式，对1996年云南丽江地震作了较为准确的中期（~3a）预报，其位置误差为27km，震源深度误差为0~6km震级完全准确。揭示了GPS作中期地震预报的可能性。目前用GPS监测板块运动和地壳形变的精度，在水平速度上可达2mm/a，水平方向形变可达至丨J1/垂直方向可达2~4mm/a基线相对精度可达14.这一精度完全可用来监测板块运动和地壳运动。

自20世纪90年代以来，世界各国纷纷用GPS布设地壳运动监测网。据报道，为预报地震日本己布设了由1000多个GPS永久站组成的地壳形变监测网；意大利己布设了GPS地壳运动监测网；中欧16个国家将联合布设GPS监测网，以利合作研究大地测量与地球动力学；加拿大在其西部布设了GPS变形列阵；其他如埃及、澳大利亚等国也布设了GPS监测网。我国于1994年参加了“国际南极GPS会战”；并己建立了青藏高原地球动力学GPS监测网、首都圈GPS地表形变监测网、龙门山GPS地壳形变监测网等，并即将建立中国GPS地壳形变GPS监测网。

GPS在工程变形监测中的应用工程形变的种类很多，主要有滑坡、大坝的变形、陆地建筑物的变形和沉陷、海上建筑物的沉陷、资源开采区的地面沉降等等。工程变形监测是以毫米乃至亚毫米级精度为目的的工程测量工作，随GPS系统的不断完善，软件性能的不断改进，GPS己可用于精密工程变形监测111.目前，CPS技术主要用于几个领域的变形观测。

区域断裂运动是影响边坡变形、破坏的重要因素。

北两岸的测点和2个跨九湾溪断裂的测点组成，其*短边约1km，*长边12km.利用GPS这一先进的空间测量技术研究区域构造运动，解决了常规观测中需要多种方法观测的问题，观测结果能充分反应滑坡的全方位活动性，对监测滑坡变形、掌握滑坡发育的规律切实可行。

铜川矿区川口滑坡位于铜川市南，王家河与漆河交会处西部，南北长800m，东西宽600m是在原黄土坡滑体上因自然和人为因素局部复活而产生的新滑亡重大事故4.中J1，J2，J3是监测网的基准点，设立在不动区的稳定地带。采用不动区设立的基准点监测滑动区的滑动点与抗滑点。Z1，Z2，Z3，Z44点是设置在尚未治理地区的滑动点。K1，K2点是设置在己经治理过的地区的抗滑监测点，在K1与心点周围己埋设抗滑。Zi与Ki之间点距约100~500m.J1与桃园三角点为己知点。

84坐标系内进行无约束三维平差，结果表明，AX矢量中误差为2~4mm；Ay矢量中误差为4~5mm；矢量中误差为4~5mm，可满足滑坡监测要求。

GPS用于大型结构位移实时监测目前，监测结构位移的仪器主要有：经掉仪、位移传感器、加速度传感器和激光仪等，利用这些常规仪器监测结构位移存在诸多缺陷151，*主要的是各种传统方法都难以监测结构位移的实时变化。

实时监测大桥的连续位移，评价其力学特性和在设计荷载作用下的工作性能，检验结构承载力十分必要。虎门大桥处于热带风暴多发区，为了监测到台风、地震、车载及温度变化对桥梁位移产生的影响，了解掌握大桥的安全特性，广东虎门大桥有限公司采用GPS实时动态测量技术，通过7台GPS接收机测量悬索桥关键点的三维位移。

该技术具有受外界影响小、自动化程度高、速度快、精度较高等优点，可以全天候24h测量到大桥各测点的三维位移变化情况，通过计算机处理、分析、积累有关数据，进一步找出大桥三维位移的特性规律，为大桥的安全营运、维修养护提供重要参数和指导作用。

GPS用于水库大坝外观变形监测坡锢地貌产生裂缝、建筑物变形、崩塌造成居墩精位技术与经典测量方法相比不仅可以满bookmark1水库或水电站的大坝由于水负荷的重压可能引起变形，需要对大坝的变形进行连续而精密的监测。

足大坝变形监测工作的精度要求（1.0~0.106，而且更有助于实现监测工作的自动化。清江隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统测点水平分量和垂直分量的精度分别为1.0，1.5mm（1~2h解）67|，它集GPS定位技术、数字通讯和计算机网络技术、自动控制技术、精密工程测量技术及现代数据处理技术等高新技术于一体，成功地将GPS定位技术用于大坝外部变形的长期连续实时监测，有着显著的社会效益和经济效益。

GPS用于地面沉陷的监测由地下煤炭、石油和天然气的开采，引起了许多矿区的地面沉降；由于过量地抽取地下水，也使许多城市的地面，产生了显著的沉陷。

使用GPS测量技术对上述沉降现象进行监测是经济而有效的。GPS测量不要求相互通视，且速度快，作业灵活，显著地提高作业效率。监测地面的垂直位移，无需将GPS测量的大地高程进行系统的转换，不仅简化了计算工作，同时也保障了观测精度。

GPS用于海上勘探平台沉陷的监测在海上，由于石油和天然气的开采，可能引起海底地壳的沉降，从而引起勘探平台的下沉。根据北海油田的经验，典型的沉降速度每年可达10~15cm.GPS测量技术由于其操作简单、快速，监测点之间不但不需通视，且距离一般也不受限制，所以它为海上勘探平台的监测工作，开辟了重要途径。利用GPS高精度相对定位法，对海上平台进行监测，应定期地重复观测。重复观测周期的长短，视相对定位的精度和平台可能的沉降量而定（例如每月1次或每半年1次）。由于平台位移监测的精度要求很高，在实际工作中，需注意削弱多路径效应等项系统性误差的影响；在数据处理中，需设法（如采用轨道改进法）减弱卫星轨道误差的影响。

GPS用于高层建筑物监测高层建筑物动态特征的监测对其安全运营、维护及设计至关重要，尤其要实时或准实时监测高层建筑物受地震、台风等外界因素作用下的动态特征，如高层建筑物摆动的幅度（相对位移）和频率。传统的高层建筑物的变形监测方法（采用加速度传感器、全站仪和激光准直等）因受其能力所限，在连续性、实时性和自动化程度等方面己不能满足大型构筑物动态监测的要求。近年来，随着GPS硬件和软件技术的发展，特别是高采样频率（如10Hz甚至20Hz）GPS接收机的出现，以及GPS数据处理方法的改进和完善等，为GPS技术应用于实时或准实时监测高层建筑物的动态特征提供了可能。目前，GPS定位技术在这一领域的应用的监测为例，设计了振动。对于GPS接收机，它本身并不支区分GPS信号来自于哪一根天线。由于GMS从一天线转换至下一天线再返回到该天线时，接收机记录数据表现为失锁，同时这种转换是瞬时完成的，当监测区域不大时，重捕获的时间只需数秒，所以在两根天线之间转换时，应作一个采样历元的间隔停留，以便处理软件识别和区分来自不同天线的数据。实践表明，采用这种一机多天线GPS系统，不仅大大节省硬件设备费用的投入，而且能够有效地应用于局部变形观测之中IHI.4结语地球动力学、地震监测以及各种工程建筑物、大坝、高层建筑、人工及自然边坡等的安全对国家的经济建设、人们的生命财产等都有极为重要的影响，因此对这些对象的安全监测（变形监测）一直是国际测绘界甚至整个工程界的重要研究领域。随着技术的发展，全球卫星定位技术（GPS）逐渐用于变形监测。GPS用于变形监测具有精度高、不受气候条件及通视条件限制、高度自动化等优点，在上述各领域的应用表明，全球定位系统（GPS）在形变观测中的应用对弥补传统的变形监测方法的缺陷具有重要意义。随着一机多天线GPS观测技术的发展，其应用前景将会更加广阔。