GS在变形监测中的应用

第5章GPS在变形监测中的应用主要内容概述GPS定位基本原理GPS实时监测技术GPS一机多天线监测技术5.1概述全球定位系统(GPS)作为20世纪一项高新技术，具有速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三位坐标及精度高等优点，因而获得了广泛应用。目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术的许多领域，对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量、地球物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了卫星定位技术的高精度与高效益。GPS定位系统的组成GPS定位系统实现了全球覆盖、全天候、高精度、实时连续定位。它由GPS卫星组成的空间部分、若干个地面监控站组成的地面监控系统和以接收机为主体的用户定位设备三部分组成。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。图5-1GPS定位系统的组成空间部分地面监控部分用户设备部分图5-3GPS工作卫星图5-2GPS卫星星座图5-4GPS地面监控系统分布图图5-5GPS接收机5.2GPS定位基本原理略5.3GPS实时监测技术基本原理实时动态（RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。RTK测量技术，是以载波相位为根据的实时差分GPS（RTDGPS）测量技术。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。实时监测系统的构成清华大学已成功将GPSRTK技术应用于虎门大桥的实时安全监测。GPSRTK实时监测系统主要是由GPS基准站、GPS监测站、光纤通信链路和数据处理与监测中心等部分组成，而数据处理与监测中心主要由工作站、服务器和局域网组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站，监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后，可实时测得站点的三维空间坐标。基准站监测站监测站数据处理与监测中心光纤通讯GPS卫星图5-7GPS实时监测系统的构成系统各个部分功能(1)GPS基准站。输出差分信号和原始数据，基准站应设在测区内地势较高，视野开阔，且坐标已知的点上。(2)GPS监测站。输出RTK差分结果和原始数据。(3)工控机。采集GPS流动站的原始数据和RTK差分结果，向GPS流动站发送控制命令。通过切换开关控制共享、分配器的工作。(4)服务器。运行数据库，处理工控机发送来的数据供工作站显示和分析。(5)远程控制器。远程启动和复位GPS监测站。(6)共享、分配器。把差分信号由1路分成多路，每路差分信号和对应的控制命令通过切换开关共享一路。(7)局域网。网络包括调制解调器、光纤、集线器和网线等，提供数据库存取和文件操作的通道。基准站光纤共享、分配光纤流动站图5-8GPS差分信号流程工作站网络工控机共享器GPS接收机图5-9控制命令流程GPS接收机工控机接收、处理原始数据网络网络原始数据服务器分析工作站图5-10RTK数据、原始数据流程实时监上测的特丘点(1)足由于买GPS今是接碌收卫星晋信号来墙进行定佛位，所敞以各监话测点只亭要能接卫收5颗韵以上G蓝PS卫拾星及基恩准站传糖来的G费PS差旁分信号浴，即可抱进行G喉PS念RTK吩差分定许位。各娘监测站社之间无聪需通视亏，是相蛮互独立公的观测糊值；(2毯)壁GP寸S可元以实悉现全晶天候绢定位雪，可狼以在宜暴风骆雨中占进行特监测狮；(3)拒GP验S测定巧位移自系动化程舌度高。络从接收零信号，闸捕捉卫汤星，到国完成R蒙TK差差分位移西都可由躲仪器自抛动完成姻。所测炭三维坐倚标可直佛接存入铅监控中环心服务鞠器，并秩进行安晋全性分浮析；(4版)桶GP爆S定伏位速遵度快仔、精且度高柿。G菊PS笨R董TK写最冰快可度达1应0～宁20专Hz页速率摇输出芹定位伟结果蹦，定霜位精昼度平界面为裤±1济0m拍m，甜高程婆为±撑20侨mm德。5.孕4粮GP释S一万机多牌天线瓶监测垃技术系统设居计原则(1)楚先进思性。即极选用的倦仪器设床备性能想应是当摘今世界歼上最先奏进的。希系统结赵构先进怪，反应洒速度快项，监测香精度必由须达到驶相应的堡国家规混范要求线。(2瘦)跳可靠测性。竟即系柳统采换集的耕GP穿S原苹始数绣据必厚须完柔善、溪正确代；数水据传庙输网热络结盒构可障靠，嫂传输批误码巡寿率低派；数跌据处柱理、聪分析箱结果赤必须种准确需；整似个系营统故糊障率容低。(3现)呆自动象化。供即从岁数据兆采集垫、传度输到民分析骂、显咽示、送打印峡、报齐警等罢实现隙全自衔动化奏。(4银)忽易维松护。茫即系晃统中揭各监陕测单曲元互厦相独帝立，缺并行柄工作栗。系切统采拒取开桨放式胡模块绝结构昼，便朽于增筒加、槐更新怜、扩岂充、孕维护君。(5南)粉经济悬性。言即在劲保证影先进绑、可泪靠、朗自动挂化程聚度高进的前婚提下奸，采诉取各燥种有楼效方猫法，甲力求板功效哗高、袋成本震低。多天线控制器天线组GPS接收机数据处理中心GPS庸一机多菜天线接揉收单元GPS裹一机多棋天线监西测系统强的组成在不改饰变已有摔GPS秃接收机咸结构的晋基础上功，通过重一个附描加的G闻PS信摩号分时漂器连接还开关将换多个天午线阵列音与同一滋台接收私机连接贝；通过这迈样一个仰GPS嗓多天线歉转换开做关可以控实现一丹台接收辩机与多页个天线松相连，纺通过G肯PS数宿据处理坟后同样俩可以获虏得变形蒜体的形智变规律惊；该系抵统包摆括控购制中葬心、昌数据肃通信疑、多馅天线毁控制装器和迎野外乎供电旷系统颠等4垂部分揉组成似。多用转换开关基准站接收机监测站接收机数据处理中心数据库报告变形分析模型图5-11GPS一机多天线监测系统的构成控制乐中心控制中滴心可以纪对GP忘S多天絮线控制倒器微波副开关各寇信号通认道进行抽参数设钥定，包放括各通厨道的开逝关的选径择，各荷通道的恰时间参瘦数设定蹄等，还茎可以设摔定系统锁的工作拔方式，滚例如对虾采集数瞒据的传姥送方式渗（实时贺或事后护）进行聚控制，崇并将由充现场传堤来的G幅PS原赚始数据兴，通过祝相关的鞭数据处埋理，实般现精确康定位。数据剪通讯(1）东利用电迈话线进扫行数据倡通信，纸由于有扶现成的躬电话线嫂，只需画购置相芝关的调专制解调圈器即可宪。该通猜讯方式旬成本较够低，传文输距离期不受限醉制，实凤时性可暖以保证年，工作盆时，由呜于占用谣电话网廉费用较屯高，有唐些场合早可以考海虑使用声内部小忌总机分姑机方式身进行通虫信。(2）树利用无貌线方式兄进行数饭据通信蝴，如利占用现有仓的GS欺M信道盘。(3丘）组爹网方壤式。垒构成痒局域锯网，厕从而现可以钞利用甩网上距的相液关资氧源进携行数熊据通骆信，券这种岭方式瓦进行症数据罗通信答时，夫方便妻、可罚靠、墙通用腹性强浊，不呼需购呆置专假用设导备，姿但组堡网成镇本较回高，脖如果拖不是钩具备委现成款的网竞络条棕件，棒不太海适宜顿采用课，数露据传斗送时恰，实沙时性蠢可能仓难以蛙保证韵。GP烧S多制天线胆控制碗器多天线厦控制器均包括计纠算机系宿统、天晒线开关骑阵列和裂控制电液路，其垫主要由亦硬件和寺软件两刊部分组叨成，它疗是无线健电通信除中的微但波开关颈技术、搅计算机蒸实时控川制技术新和大地个测量数趟据处理委理论及摘算法的立有机结广合，仅当用1台敢GPS津接收机河互不干案扰地接扯收多个纹GPS圣天线传刃输来的洒信号，丹通过软啊件处理笛实现精执确定位绸。GP熔S一迹机多占天线驼控制蜡器野外优供电朵系统由于计GP盾S多肿天线花监测恢系统丑工作膜在野犁外，巨需要奶长时开间工秒作并采且不润能间皱断，糟实际岭系统览中，质为防路备电热源断榜电而位引起愤数据雕丢失李，在钩电路忙控制伴板上酿设计么有电彼源供妨电检头测系啦统，堤当检哑测到绑电源典电压胞不足西时，芹给C机PU办发出击警告溪，C准PU酱会立毅即进梦行相扮关的跨数据骗保存若处理悲。隔河岩躺大坝外孕观变形扰GP糊S自动径化监测柜系统工程护概况隔河岩律水电站昏总装机素容量为提120速万kw酷，年发野电30文.4亿块kw.碍h，水挽库正常暑蓄水位届为20锐0m，竖总库容拨量为3沿4亿m俩3，是母清江三殊个梯级载水电站堡之一。隔河炒岩水族电站掠是华完中电沿网重锹要的岁调峰顽调频翼电站叼，它脸的建决成对学于缓垦解华往中地横区的倡电力旷紧张书状况梢，保淘证华貌中电占网的烘安全外稳定怨运行屿；对累于消天除清割江中茄下游升的洪证涝灾祥害，谢避免努清江旬洪峰绕与长娱江洪肃峰相涝遇以赌减轻屑长江注荆江挡段及循下游杜的防因洪压虏力；径对于乱打通忽清江店航道副，为深鄂西显山区宾提供毛便捷访的交韵通动联脉，城促进扁商品则流通惊和资基源开毁发；淡对于匙发展右清江葡流域允的旅载游事资业等反都具赛有十兵分重祥要的麦意义系。大坝傲情况隔河矿岩水园电站舰大坝臣为三虚圆心招变截董面重伪力拱液坝，桶最大贞坝高拼15芹1m禾，坝躲顶弧仗线全页长为动65鞭3m能，坝扇顶高锹程为鉴20轮6m烛。高程挽15痛0m耀以下小为拱迅坝，河高程阵15独0m朱以上畏为重逢力坝排。坝址为吸凹形河客谷，地糊形条件睁比较复筛杂。监测所系统峰的总恩体结芳构大坝芹变形龟GP巨S自摊动化庭监测论系统透是由船数据姑采集屡、数病据传子输及猾数据救处理嘉、分械析和布管理剑三个姜部分扁组成抹的。整个吴系统历的数筑据采至集、岭传输击、处诸理、叼分析狐、管排理采姑用局怀域网泻络来寨完成删。大坝外安部变形捆监测系决统的数盼据采集猛工作是络在GP贡Sl～岔GPS患7这7恨个GP逼S站上眨进行的跨。其中待GPS升l和G放PS2紧为位于榜两岸的估基淮点择，GP亦S3～狭GPS出7为位踪蝶于大坝植上的变荐形监测闹点。数据传驻输及时准猪确地传佣输观测读资料及册有关信倡息是建兼立GP斥S自动路化监测带系统中江的一个址重要环弯节。坝面工艇控机通获过RS侮---弓-23图2多串哭口远距化离通讯讲方式将判各监测宝点的接罚收机面坟板信息仙实时传滋送到总稼控室，铜同时又邮通过多凑路开关图方式，谱按总控赵室所设始置的时嚼间间隔尸定时将钉上述各控台接收眉机所采损集到的刚数据(鱼观测值晨、卫星语星历等哲)传回饿服务器牺。数据分予析数据竭处理偶、分广析、彼管理惊部分蹄在隔碎河岩烫大坝钳外观街变形诵GP槐S自丈动化调监测偶系统堤中具枕有重甜要作迅用，塞是整度个系粱统能杜自动盛运行纹的关猫键。主要惜由总撇控、哥数据吗处理棋、数蚊据分翻析和仰数据膊库管驳理等仍四个粱模块祥组成还。总控弟是整猪个系滔统中势各模