水利水电工程
CONSTRUCTION
第4卷 第31期2014年11月
GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究
王 宁1 赵志华2
青海黄河上游水电开发有限责任公司大坝管理中心 青海西宁 810000
摘 要：由于GPRS 传输不受距离限制，因此可以灵活的选择接收端位置。这样就可以把安全监测系统的控制中心安置在远离监测现场，避开恶劣的环境等不良因素，保障了系统的正常运行。文章分析其工作原理，探讨其应用以及发展。
关键词：GPS 在水电站大坝；变形监测；应用中图分类号：O434 引言：
科技不断的进步，人们的生活水平由此逐渐得到了大幅度的提高，这使得人们在享受生活的同时，愈来愈意识到生命的可贵，因而要求GPS 技术能够更好地为人们提供更加精确的数据。
一、GPS的工作原理
从全球的角度上来看，近十年来，变形监测方法发生了尤为巨大的变化。在技术发展较为缓慢的时期，人们利用大地测量技术和近景摄影测量技术来对地面的变形情况实施监督与测量，此种方法既要耗费大量的资源，而且极易受地形的影响，无法测量出较为准确的变形数据，所以，研究人员便发明了全站型仪器来对地面变形情况予以测量，此类方法能够自行完成监测任务，并且减少人力资源的使用，减少测量人员的工作负担，同时简化了工作步骤，降低了环境对测量工作所带来的影响。全站型仪器的使用给人们带来了巨大的好处，但是人们总是处于不满足的状态，所以，相关人员应当逐步提高全站型仪器的精度，为人们提供更加精确的信息，以此减少或者避免事故的发生，促进经济的发展与进步。
GPS 系统由3部分组成：空间部分，地面监控部分和用户接收设备部分。GPS 定位过程中，存在着三部分误差：一部分是对每一个用户接收机公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多路径效应等。利用差分技术，第一部分误差基本上可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则很难消除。数据处理在滑坡GPS 监测过程中是一项关键的步骤，众所周知单基线解算的算法简单，但由于其解算成果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在普通等级GPS 网的测量中；多基线解算由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此在理论上是严密的。
二、GPS技术在变形监测中的应用（一）滑坡变形监测
滑坡变形监测是变形监测中的重要组成部分，当前合理利用GPS 技术能有效地解决常规监测中需要的各种数据，达到变形监测的精度要求，并且通过观测结果也可得出正确的预判，从而有效的避免了事故的发生。当前为了让滑坡变形监测达到长期有效的目的，主要是在可能发生滑坡的影响区域以外选择基准点，在滑坡坡体上选择监测点，进行立体式监测预报。（二）大型建筑物的位移实时监测
由于大型建筑物具有在受到温度、风力、载荷和地震等外界因素的影响会发生位移变化的主要特点，因此需要对大型结构建筑物进行动态监测。基于建筑物的位移比较小的特点，对大型建筑物实行动态监测时，可借助于高精度的GPS 定位技术，采用采用差分GPS 载波相位的方法。因为刚性结构物体的位移变化很小，动态监测难以实施，所以采用GPS 技术主要是用于对柔性结构物的动态位移监测，如长跨距的悬索桥、高层建筑或高塔等建筑物。（三）水库大坝外形变形监测
对水库大坝定期监测可以掌握大坝安全情况及未来运营状况，从而实现对大坝的安全实现控制。在监测过程中，积极主动地校核计算数据，不断改善计算方法，并且为了让监测的数据更加权威、精确，可借助于GPS 技术。只有这样才可能让科技人员在对比参数和实际数据的过程中，找到影响大坝安全的主要因素，从而实现对大坝运营的安全评估，和其他未建、待建大坝的安全情况的评定。（四）沉陷观测
所谓沉陷观测，就是定期地测量观测点相对于水准点的高度差，以保证建筑物的正常使用，沉陷严重会直接影响到建筑物的安全，从而给人们的生命和财产安全产生重大影响和不可估量的损失。因此对工程建筑物在施工和运营期间的状况实行监视观测极为必要，通过对不同时期观测点高程的比较，获得对建筑物沉陷情况的第一手资料。借助于GPS 技术可以获得更为精准的
文献标识码：A
数据，采用精密水准测量的方法进行变形观测。通过对工程结构设计的研究，发现验证地基与基础的计算方法、闭合水准路线、水准环是需要分段进行观测的，通过各段高度差的反复测量，从而得到地基与工程结构规定的允许沉陷与变形的数据，从而为以后的工程建筑施工、管理和研究提供依据。
三、提高GPS 变形监测数据处理精度的方法
科技的快速进步以及人们对高精度GPS 变形监测数据处理的渴望，使得研究人员开发了大量的监测数据处理软件，其中就涉及到卡尔曼滤波方法。（一）卡尔曼滤波方法
从名称上来看，人们从大体上可以猜出此类方法的提出者是卡尔曼博士，在提出卡尔曼滤波方法时，卡尔曼博士的首要目的就是解决人造卫星的定轨问题，并消除导航存在的一系列缺陷。该方法利用数学递推的原理推断出不同时刻的数据信息，因而受噪声的影响较低，处理的数据的准确性更高。一般情况下，卡尔曼博士提出的方法主要被利用于动态测量，能完成飞行器和导弹的导航工作，并提高工业自动化的程度。（二）卡尔曼滤波方法的过程
变形监测人员在使用卡尔曼滤波方法处理GPS 变形监测数据的时候，应做好如下准备工作：要建立动态的系统状态方程，并根据监测的数据建立相关的数学模型，列出相应的方程。根据数据的分散情况，将方程分为连续型和离散型的方程，在对两个方程加以处理的时候，可以采用替换的思想来简化处理过程，减少计算工作量，并提高数据的准确性。（三）进行相关监测网的布局与设计
监测人员要想对工程的变形进行全面的监测，则必须对测量地区的大概情况予以了解，充分掌握测量地区的环境影响因素，然后再根据观测简单和保存年限较长的原则来确定变形监测点。另外，为了提高监测的准确性，基准点要根据工程的变形情况来确定，以便于将全部的变形数据记录下来，帮助维修人员快速地确定需维修的地点，减少灾难的出现。（四）明确高精度GPS 变形监测数据处理的方法
完成监测网的布设之后，只是能够确保监测的完整性，还不能够为维修人员提供准确的变形监测数据，所以监测人员要根据天气和地质环境的不同选取高精度GPS 变形监测数据处理的方法来处理变形监测数据，以此提高数据的准确性，加快维修人员的维修速度，使工程快速达到正常的使用状态，从而减少事故的发生，促进经济的快速发展。（五）对基准网数据进行处理
1）对基准点的数据进行处理。为了提高基准点数据处理的精确度，要采用较为先进的数据处理模型——Niell，并利用基线处理软件完成基准点到基线的数据处理。另外，还可以通过一系列的计算方法来提高卫星轨道的精度，来提高数据处理的准确度，为数据使用者提供精准的数据信息，最大限度地防范事故，确保生产的顺利进行。2）对基准点的稳定性进行检验。基准点的稳定性在一定程度上影响了GPS 变形监测数据的准确性，所以，有关人员要利用跟踪站来对基准点的稳定性进行检验，一但出现稳定性较差的基准点，就应当及时更换成稳定性较高的基准点，以此充分确保监测数据的准确性。
四、结语
综上所述，不断的提高GPS 变形监测数据处理的准确性，以便为数据需求者提供准确的数据，帮助维修人员利用科学合理的方法消除变形问题，并且提高相关工程的稳定性。
参考文献：
[1]董淳.GPS技术在工程测量领域的应用[A].天津市电子学会.第二十八届中国（天津）2014IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会，2014：4.
[2]李泉.海甸峡水电站大坝变形监测系统及监测资料分析与评价[J].小水电，2014，02：12-15.
[3]杨亮.GPS技术在边坡监测中的应用研究[D].兰州理工大学，2014.
文章被我刊收录，以上为全文。
此文章编码：2014N
1835
GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王宁， 赵志华
青海黄河上游水电开发有限责任公司大坝管理中心 青海西宁 810000城市建设理论研究（电子版）ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2014(31)
1. 董淳 GPS技术在工程测量领域的应用 2014
2. 李泉 海甸峡水电站大坝变形监测系统及监测资料分析与评价[期刊论文]-{H}小水电 2014(2)3. 杨亮 GPS技术在边坡监测中的应用研究 2014
引用本文格式：王宁. 赵志华 GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版） 2014(31)
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第4卷 第31期2014年11月
GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究
王 宁1 赵志华2
青海黄河上游水电开发有限责任公司大坝管理中心 青海西宁 810000
摘 要：由于GPRS 传输不受距离限制，因此可以灵活的选择接收端位置。这样就可以把安全监测系统的控制中心安置在远离监测现场，避开恶劣的环境等不良因素，保障了系统的正常运行。文章分析其工作原理，探讨其应用以及发展。
关键词：GPS 在水电站大坝；变形监测；应用中图分类号：O434 引言：
科技不断的进步，人们的生活水平由此逐渐得到了大幅度的提高，这使得人们在享受生活的同时，愈来愈意识到生命的可贵，因而要求GPS 技术能够更好地为人们提供更加精确的数据。
一、GPS的工作原理
从全球的角度上来看，近十年来，变形监测方法发生了尤为巨大的变化。在技术发展较为缓慢的时期，人们利用大地测量技术和近景摄影测量技术来对地面的变形情况实施监督与测量，此种方法既要耗费大量的资源，而且极易受地形的影响，无法测量出较为准确的变形数据，所以，研究人员便发明了全站型仪器来对地面变形情况予以测量，此类方法能够自行完成监测任务，并且减少人力资源的使用，减少测量人员的工作负担，同时简化了工作步骤，降低了环境对测量工作所带来的影响。全站型仪器的使用给人们带来了巨大的好处，但是人们总是处于不满足的状态，所以，相关人员应当逐步提高全站型仪器的精度，为人们提供更加精确的信息，以此减少或者避免事故的发生，促进经济的发展与进步。
GPS 系统由3部分组成：空间部分，地面监控部分和用户接收设备部分。GPS 定位过程中，存在着三部分误差：一部分是对每一个用户接收机公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多路径效应等。利用差分技术，第一部分误差基本上可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则很难消除。数据处理在滑坡GPS 监测过程中是一项关键的步骤，众所周知单基线解算的算法简单，但由于其解算成果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在普通等级GPS 网的测量中；多基线解算由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此在理论上是严密的。
二、GPS技术在变形监测中的应用（一）滑坡变形监测
滑坡变形监测是变形监测中的重要组成部分，当前合理利用GPS 技术能有效地解决常规监测中需要的各种数据，达到变形监测的精度要求，并且通过观测结果也可得出正确的预判，从而有效的避免了事故的发生。当前为了让滑坡变形监测达到长期有效的目的，主要是在可能发生滑坡的影响区域以外选择基准点，在滑坡坡体上选择监测点，进行立体式监测预报。（二）大型建筑物的位移实时监测
由于大型建筑物具有在受到温度、风力、载荷和地震等外界因素的影响会发生位移变化的主要特点，因此需要对大型结构建筑物进行动态监测。基于建筑物的位移比较小的特点，对大型建筑物实行动态监测时，可借助于高精度的GPS 定位技术，采用采用差分GPS 载波相位的方法。因为刚性结构物体的位移变化很小，动态监测难以实施，所以采用GPS 技术主要是用于对柔性结构物的动态位移监测，如长跨距的悬索桥、高层建筑或高塔等建筑物。（三）水库大坝外形变形监测
对水库大坝定期监测可以掌握大坝安全情况及未来运营状况，从而实现对大坝的安全实现控制。在监测过程中，积极主动地校核计算数据，不断改善计算方法，并且为了让监测的数据更加权威、精确，可借助于GPS 技术。只有这样才可能让科技人员在对比参数和实际数据的过程中，找到影响大坝安全的主要因素，从而实现对大坝运营的安全评估，和其他未建、待建大坝的安全情况的评定。（四）沉陷观测
所谓沉陷观测，就是定期地测量观测点相对于水准点的高度差，以保证建筑物的正常使用，沉陷严重会直接影响到建筑物的安全，从而给人们的生命和财产安全产生重大影响和不可估量的损失。因此对工程建筑物在施工和运营期间的状况实行监视观测极为必要，通过对不同时期观测点高程的比较，获得对建筑物沉陷情况的第一手资料。借助于GPS 技术可以获得更为精准的
文献标识码：A
数据，采用精密水准测量的方法进行变形观测。通过对工程结构设计的研究，发现验证地基与基础的计算方法、闭合水准路线、水准环是需要分段进行观测的，通过各段高度差的反复测量，从而得到地基与工程结构规定的允许沉陷与变形的数据，从而为以后的工程建筑施工、管理和研究提供依据。
三、提高GPS 变形监测数据处理精度的方法
科技的快速进步以及人们对高精度GPS 变形监测数据处理的渴望，使得研究人员开发了大量的监测数据处理软件，其中就涉及到卡尔曼滤波方法。（一）卡尔曼滤波方法
从名称上来看，人们从大体上可以猜出此类方法的提出者是卡尔曼博士，在提出卡尔曼滤波方法时，卡尔曼博士的首要目的就是解决人造卫星的定轨问题，并消除导航存在的一系列缺陷。该方法利用数学递推的原理推断出不同时刻的数据信息，因而受噪声的影响较低，处理的数据的准确性更高。一般情况下，卡尔曼博士提出的方法主要被利用于动态测量，能完成飞行器和导弹的导航工作，并提高工业自动化的程度。（二）卡尔曼滤波方法的过程
变形监测人员在使用卡尔曼滤波方法处理GPS 变形监测数据的时候，应做好如下准备工作：要建立动态的系统状态方程，并根据监测的数据建立相关的数学模型，列出相应的方程。根据数据的分散情况，将方程分为连续型和离散型的方程，在对两个方程加以处理的时候，可以采用替换的思想来简化处理过程，减少计算工作量，并提高数据的准确性。（三）进行相关监测网的布局与设计
监测人员要想对工程的变形进行全面的监测，则必须对测量地区的大概情况予以了解，充分掌握测量地区的环境影响因素，然后再根据观测简单和保存年限较长的原则来确定变形监测点。另外，为了提高监测的准确性，基准点要根据工程的变形情况来确定，以便于将全部的变形数据记录下来，帮助维修人员快速地确定需维修的地点，减少灾难的出现。（四）明确高精度GPS 变形监测数据处理的方法
完成监测网的布设之后，只是能够确保监测的完整性，还不能够为维修人员提供准确的变形监测数据，所以监测人员要根据天气和地质环境的不同选取高精度GPS 变形监测数据处理的方法来处理变形监测数据，以此提高数据的准确性，加快维修人员的维修速度，使工程快速达到正常的使用状态，从而减少事故的发生，促进经济的快速发展。（五）对基准网数据进行处理
1）对基准点的数据进行处理。为了提高基准点数据处理的精确度，要采用较为先进的数据处理模型——Niell，并利用基线处理软件完成基准点到基线的数据处理。另外，还可以通过一系列的计算方法来提高卫星轨道的精度，来提高数据处理的准确度，为数据使用者提供精准的数据信息，最大限度地防范事故，确保生产的顺利进行。2）对基准点的稳定性进行检验。基准点的稳定性在一定程度上影响了GPS 变形监测数据的准确性，所以，有关人员要利用跟踪站来对基准点的稳定性进行检验，一但出现稳定性较差的基准点，就应当及时更换成稳定性较高的基准点，以此充分确保监测数据的准确性。
四、结语
综上所述，不断的提高GPS 变形监测数据处理的准确性，以便为数据需求者提供准确的数据，帮助维修人员利用科学合理的方法消除变形问题，并且提高相关工程的稳定性。
参考文献：
[1]董淳.GPS技术在工程测量领域的应用[A].天津市电子学会.第二十八届中国（天津）2014IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会，2014：4.
[2]李泉.海甸峡水电站大坝变形监测系统及监测资料分析与评价[J].小水电，2014，02：12-15.
[3]杨亮.GPS技术在边坡监测中的应用研究[D].兰州理工大学，2014.
文章被我刊收录，以上为全文。
此文章编码：2014N
1835
GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王宁， 赵志华
青海黄河上游水电开发有限责任公司大坝管理中心 青海西宁 810000城市建设理论研究（电子版）ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu2014(31)
1. 董淳 GPS技术在工程测量领域的应用 2014
2. 李泉 海甸峡水电站大坝变形监测系统及监测资料分析与评价[期刊论文]-{H}小水电 2014(2)3. 杨亮 GPS技术在边坡监测中的应用研究 2014
引用本文格式：王宁. 赵志华 GPS在水电站大坝变形监测中的应用研究[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版） 2014(31)