3S技术在变形观测中的应用

3S技术在变形观测中的应用摘要：本文叙述了3S技术在变形观测中的重要作用与意义；描述了3S技术在现阶段的背景与发展趋势；论证了变形观测产生的原因、类型与方法；重点阐述了3S技术在变形观测中应用的流程分析图；详细分析了GPS、RS、GIS在变形观测中具体运用；笔者对全文做了小结；在现阶段对广大同行具有一定的借鉴意义。关键词：GPS，RS，GIS，变形观测中图分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：变形观测的目的，是为了对观测体的变形情况有更全面准确的把握。使观测数据基本能反映观测体变化的真实情况，反映变形量与相关变形因子间的物理关系或统计关系。找出观测体的变形规律，合理地解释观测体的各种变化现象，比较准确地评价观测体的安全性态并提供较为准确的分析预报。我国国内变形观测行业要获得有效、持续的发展，需要不断地对原有的技术和管理进行改革创新，注入新的科技和管理技术。GPS、RS和GIS的高速发展及其在变形观测中的应用证明了3S技术对变形观测具有积极作用，以3S技术应用于变形观测问题的科学检测和综合治理，是当今解决变形观测问题的有效途径，能比较有效地解决水库坝体、桥梁以及建筑物等变形观测的问题。本文深入探讨了3S技术在变形观测中的应用，在现阶段具有一定的理论与实践意义1-2。1变形观测1.1变形产生的原因在具体工程中，导致变形的原因一般会有以下几个方面：(1)自然条件及其变化，也包括建筑地基的工程地质。(2)建筑本身相关联的原因，也就是建筑物本身的荷载、建筑物的结构设计以及动态荷重等。(3)设计、勘测、施工以及运营管理工作做得不合理而导致的土壤的物理性质、水文地质、大气温度的变化影响到建筑结构的变形。1.2变形观测的类型建筑物的变形按其类型来区分，可以分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果，只表示在某一期间内的变形值，也就是说，它只是时间的函数；动态变形是指在外力影响下而产生的变形。故它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测的结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。1.3变形观测的方法变形观测的方法要根据建筑物的性质、使用情况、观测精度、周边的环境以及对观测的要求来选定。一般而言，垂直位移(主要指沉降观测)多采用水准测量方法进行观测；水平位移的观测多采用极坐标法或导线测量法、前方交会法的方法进行。对于疏港航道工程来说，基础的变形观测，主要是观测基础的沉降。即对护岸、船闸基础(底板)进行沉降观测；墙身的变形观测，主要对墙身(砌石、砼现浇墙体)和砼压顶完工后对墙体顶部的水平位移进行观测；结构体的裂缝观测。检查方法有如下2种：(1)巡查法巡视检查中，利用目测法细致检查结构物的表象及外观是否有异常现象发生，主要检查建筑物墙身是否出现裂缝，伸缩缝是否变形，相邻墙体之间是否错位等。如有异常现象时必须用测量仪器及仪表准确测定成果并分析，供处理问题时参考，必要时需增加观测频率。巡查中应作好完整的记录，并附上照片或简图，对发现的一些问题应及时上报技术负责人和监理工程师。(2)仪器观测法通过变形监测网，采用测量仪器周期性地对观测点进行重复观测，沉降观测通常采用精密水准仪进行观测，位移观测通常采用全站仪或GPSRTK进行观测。2GPS、RS和GISGIS(GeographicInformationSystem)地理信息系统，GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系统，RS(RemoteSensing)遥感三者的集成被称为3S技术，是我国测绘领域最前沿、最尖端、最实用的技术，是综合绘图、编辑、图形及文件输出为一体的数字化测图系统。地理信息系统(GIS)是一种对空间信息以数字形式进行编辑、存储、管理和分析的软件平台。在GIS平台上对地形、地质、水文以及关于库岸与崩滑体稳定性的各种变形观测数据进行管理与分析是十分有效的。全球卫星定位系统(GPS)己成功地应用于大地测量、导航和工程变形监测等领域，与常规大地测量手段相比较，具有不受通视条件限制、全天候和高精度等特点。运用GPS监测系统可以实现在较大的时、空尺度上掌握滑坡和区域地质稳定性分布的特点。卫星遥感技术近年来有了较大的发展，遥感系统(remotesensingsystem，RS)中的雷达干涉测量(INSAR)U是新近发展的一种快速获取地面变形三维信息的技术，将成像雷达系统对同一区域的多次观测形成干涉，可检测出地表厘米级的微小变化。3流程图3S技术在变形观测中的应用流程分析图如图1所示：图13S技术在变形观测中的应用流程分析43S应用变形观测4.1GPS应用于变形观测(1)GPS的优点与误差来源3近年来，GPS不论是在硬件方面还是在软件方面都有长足的发展。实践证明，在降低成本、缩短工作时间，以及设计的灵活性等方面，GPS技术较常规技术有不少优越之处。(1)GPS具有很高的定位精度。经过国内外大量试验表明，GPS卫星定位计算的内符合与外符合精度均能达到f5mm+lppm)。(2)GPS自动化程度高，观测时间短。用GPS作静态相对定位(边长小于15km)时，采集数据的时间可缩短到1h左右。(3)GPS可以进行全天候观测。这一特点，保证了变形监测的连续性和自动化。(4)GPS测量的误差来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面接收设备。若根据误差的性质，上述误差可分为系统误差和偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应及观测误差等；系统误差主要包括卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差，以及大气折射误差等。系统误差远大于偶然误差，它是GPS测量的主要误差源。(2)GPS应用于桥梁变形观测在利用GPS进行桥梁挠度变形观测中，为了提高观测精度，达到实验精度要求，必须利用GPS差分技术，故基准站的布置相当重要，其是一项关系到测量成果能否准确、可靠地反映桥梁静载状态下变形情况的工作。为了提高精度要求，桥梁挠度变形观测一般采用9套以上GPS接收机，其中NOVATEI接收机3套、LEICA接收机6套，分别布置在8个测点和1个基站点上，共由六组人员负责数据采集。设置的8个测点和1个基准点周边环境较好，无明显遮挡和干扰源，GPS天线用三脚架架设，能够完全反应桥梁的挠度变形。实践证明，GPS应用于变形观测能得到较精准的数据，节约了大量的工作量，排除了人为因素的影响。4.2RS应用于变形观测在变形观测中应用遥感技术的思路是：(1)应用高分辨率和多