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[摘要]全球定位系统简称为GPS，GPS具有连续性、高精准度、实时性以及自动化程度较高等一系列优点，其在变形监测中已经得到极为广泛的应用。以下，笔者立足于对我国常规测量技术、特殊测量手段以及GPS技术在变形监测中的应用现状的分析和总结，就GPS变形监测技术的发展趋势进行了探究和分析，进而更好的推动GPS变形检测技术的自我完善和发展，更好的为经济发展做出贡献。
[关键词]GPS 变形监测 发展现状 应用 发展趋势
[中图分类号] P208 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-144-2
0引言
随着我国科学技术的不断进步与发展，变形监测的要求不断得到提高，而这也间接的推动了变形监测技术的不断自我完善和发展。全球定位系统GPS作为一项重大的高新技术，以其强大的优越性在诸多领域中发挥了极为重要的作用，在各个方面也产生了重要的影响，尤其是在工程以及灾害监测中的应用也越来越广泛。但是，不可否认，全球定位系统不可避免的存在着局限性和不足。以下，笔者从GPS变形监测技术的发展应用现状入手，简要对其发展趋势加以分析。
1 GPS变形监测技术的应用现状分析
1.1 GPS定位系统的组成分析
综合分析来看，GPS定位系统主要由三个主要组成部分组成，分别是空间部分、控制部分以及用户部分。
GPS空间部分主要是由多颗空间卫星按照一定的组成规则构成的GPS卫星星座，在空间部分中，有24颗卫星，导航的工作卫星最多，有21颗，剩余的卫星一般作为轨道用卫星，这些卫星在六个倾角为五十五度的轨道中围绕地球运行；GPS控制部分由诸多跟踪站的监控系统组成，各个跟踪站根据其主要功能的不同，进一步被分为一个主控站、三个注入站以及五个监测站。GPS卫星作为一个动态已知点，位置信息的确定由卫星发射的星历计算得到，各个跟踪站被细致划分。GPS的用户部分的基本石碑主要包括各种数据、图像处理软件、信号接收器以及相关设备，这一部分的主要作用是进行跟踪、数据接收、转换和测量卫星发射的GPS信号等，进而有效保证导航以及定位的准确性。
1.2 GPS变形监测模式分析
通常情况下，GPS变形监测技术主要有两个基本模式，分别为连续性监测模式和周期性监测模式。
（1）周期性监测模式
GPS周期性模式运行时，着重体现的是其周期性的特点，因此当监测系统作为研究对象的形变点或者是该区域范围内的变化较小或者是较为缓慢时，可以将这个既定区域的时间以及空间作为一个固定的物理量，不随着时间变化。此时，GPS周期性模式的重要作用便凸显出来，需要对这一监测点进行较长时间段的监测。这种长时间对于某一监测点进行监测的方式主要是由GPS静态监测模式完成。GPS静态监测模式，需要至少有两台GPS接收机来保障工作的有序靠站，并且在监测过程汇总，要根据实际情况及时进行设备的探讨。监测模式的形成建立在一定的、有效的监测网的基础之上，获得到相应的数据之后，要借助于各类数据处理软件，经过平差计算来有效获得所观测点的具体的三位坐标。
（2）连续性监测模式
相比较于周期性监测模式，GPS的连续性监测模式，二者都具有长时间进行监测的特点。但是区别于GPS的周期性监测模式，在整个监测的过程中，连续性监测模式主要采用的是固定检测仪加以监测，这对于获得耕事件分辨率数据可以说具有十分重要的意义和作用。连续性监测模式通常分为动态监测和静态监测两种，其中，动态监测模式最为常见和普遍。传统的动态监测模式主要借助于加速度计等设备来获得测量点的震动频率等相关数据，但是随着科学技术的不断进步与发展，这种传统的监测模式显然已经无法适应当前多变的环境，GPS连续性监测模式的出现和普及，一定程度上推动了动态监测技术在技术层面的突破和创新。可以说，GPS以其强大的优势，在变形检测方面发挥着重要作用。
1.3 GPS数据处理方法分析
通过GPS变形检测模式获得到相关的数据之后，需要进一步对数据进行整集和处理，对于数据的处理一般依赖于特定的数据处理软件。总体来看，尽管进行GPS数据处理的软件种类较多，但是所有软件的重点大多是同步网的基线处理，对于系统的误差分析、误差的随机处理为主的平差分析则没有得到很好的完善和发展。针对这种情况，虽然不少学者致力于对该问题的解决和完善，诸如为弥补平差分析漏洞而设计出的GPS数据处理软件，尽管有一定的改进，但是仍然不尽完善。
1.4关于对GPS变形监测的误差分析
GPS测量数据的误差主要来自于三个方面，分别为GPS卫星、卫星信号以及传播和接收设备。对于一些较为精准的高精度GPS定位测量实践，误差除了要参考以上三个最为主要的方面之外，还要进一步考虑负荷潮以及地球潮汐等情况。对于GPS中常见的各种误差，按照其性质一般划分为系统误差和偶然误差两个基本分类。一般情况下，系统误差要远大于偶然误差，GPS测量的主要误差来源就是系统误差。偶然误差主要包括信号的多路径效应以及观测的失误性操作等，系统误差则主要包括卫星星历的误差、大气折射的误差等等。系统误差具有一定的规律可循，其对于观测的影响较大，因此，必须采取一定的方式和方法来进行有效的减弱和消除。一般，其主要的处理方式三个：第一，综合不同观测站对于同一颗卫星的测量结构进行测值求差；第二，建立一定的误差模型，合理的对观测量进行及时的修正和完善；第三，引入一定的参数，数据处理的过程中同其他的未知参数一并进行求解。
2 GPS在城市地面沉降监测中的应用实例
如图1所示，所呈现出的是某城市的地面沉降监测网，其边长最大值为29.5千米，平均周长为15千米。借助于六台Ashtech 双频Z- Surveyor 接收机和扼流圈天线开展相关工作，维持两个小时的静态观察时间，通过Ashtech Solution 软件与广播星历在监测中的应用，按照按双频模式解算基线和进行GPS 网平差，其各个监测点的X、Y和大地高分量误差如表1所示，表2为基线便的相对精度。 综合分析上表二和表三来看，当边长的平均值控制在失误千米时，其所取得的监测效果最好，也就是将点位误差的水平分量控制在一到三千米的范围之内，垂直分量稳定在二到四千米的范围中。上述实例中可以到达较好的精度要求，仪器的性能发挥较为稳定，抗干扰能力较强，所获得的数据质量相对较好。
3 GPS变形监测技术的局限以及发展趋势分析
3.1 GPS变形监测技术的局限性分析
近年来，科学技术的不断进步，极大的推动了GPS变形监测技术的不断进步和发展，但是就整体而言，GPS变形监测技术仍然存在着诸多亟待完善的地方，而这也是一些高山峡谷工作、建筑物较为密集处等一些特殊地形测量的工作中，亟需要完善和解决的问题，这些特殊的地形测量工作需要更高精度和可靠性保证。
3.2 GPS变形监测技术的发展趋势分析
尽管GPS变形监测技术具有一定的局限性，但是其作为具有巨大挖掘潜力的高新技术，其无疑具有十分广阔的发展前景，势必会获得更为广阔的发展空间，以下，笔者简要就GPS变形监测技术的发展趋势加以分析。
（1）GPS变形监测在线实时分析系统的建立
对于一些高层建筑物、较大型桥梁、以及一些滑坡地带，着力于建立健全GPS变形监测在线实时分析系统无疑是其发展的一个极为重要的方向之一，而且也是一个大的发展趋势。对于对大坝以及滑坡等特殊地带进行变形监测的连续运行的GPS网络系统，其一般成本较为昂贵，因此，致力于低成本的GPS一机多天线变形监测的实时监控分析系统，无疑具有十分重要的意义和作用。
（2）联合GIS、RS技术，打造强强联合的“3S”监测系统
随着计算机技术、空间技术以及地球科学的不断发展，GIS、RS、GPS已经呈现出相互融合发展的趋势，“3S”技术的联合，可以更好的进行数据分析、研究以及实现各种灾变信息之间的交流和互动，GIS技术的应用，实现了对地质现象四维空间的成像，对于地质灾害，诸如滑坡、泥石流等方面也发挥着重要的监测和预报作用。“3S”技术的联合，无疑具有显著的优越性，其势必会成为变形监测技术的一个重要的发展趋势。
（3）GPS与其它变形监测技术联合的综合性变形监测系统的建立
为了有效应对和解决GPS技术在变形监测过程中的存在的不足和缺陷，可以根据变形检测的要求、特点以及目的，联合其他变形监测技术，诸如摄影测量以及特殊变形测量技术等等，组合成为一种具备综合功能的综合性变形监测系统，实现不同的变形监测系统的之间的优势互补。
（4）推动小波分析理论在GPS动态变形分析中的应用
传统的Fouirer分析无法有效应该信号的时频特征缺陷，因此，可以将小波变换理论应用于GPS动态变形分析之中，也就是利用小波转换所具有的高频和低频的变形分析，来有效实现GPS动态监测数据的滤波以及一些变形频率的分离。
4结束语
综上所述，随着科学技术的不断进步与发展，GPS变形监测技术的潜在的发展优势以及其强大的优越性势必会得到更好的进步和发展，拥有更为广阔的发展空间，为各项特殊工程的测量提供更为精准的数据信息。
参考文献
[1]胡友健，梁新美，许成功. 论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J]. 测绘科学，2006，05：155-157+10.
[2]卫建东. 现代变形监测技术的发展现状与展望[J]. 测绘科学，2007，06：10-13+204.
[3]杨玉龙. GPS变形监测技术的现状及发展趋势[J]. 城市建筑，2014，02：319.
[4]王建. 大型工程GPS变形监测数据处理关键技术研究[D].西南交通大学，2012.
[5]曲亚男. GPS定位技术在建筑物变形监测中的应用研究[D].山东大学，2012.
[6]许晓明. GPS技术在边坡变形监测中的应用及其数据处理研究[D].江西理工大学，2012.
[7]姜兴阁. 论变形监测技术的现状与发展趋势[J]. 矿山测量，2012，04：7-10.
[8]肖鸾，胡友健，王晓华. GPS技术在变形监测中的应用综述[J]. 工程地球物理学报，2005，02：160-165.
[关键词]GPS 变形监测 发展现状 应用 发展趋势
[中图分类号] P208 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-144-2
0引言
随着我国科学技术的不断进步与发展，变形监测的要求不断得到提高，而这也间接的推动了变形监测技术的不断自我完善和发展。全球定位系统GPS作为一项重大的高新技术，以其强大的优越性在诸多领域中发挥了极为重要的作用，在各个方面也产生了重要的影响，尤其是在工程以及灾害监测中的应用也越来越广泛。但是，不可否认，全球定位系统不可避免的存在着局限性和不足。以下，笔者从GPS变形监测技术的发展应用现状入手，简要对其发展趋势加以分析。
1 GPS变形监测技术的应用现状分析
1.1 GPS定位系统的组成分析
综合分析来看，GPS定位系统主要由三个主要组成部分组成，分别是空间部分、控制部分以及用户部分。
GPS空间部分主要是由多颗空间卫星按照一定的组成规则构成的GPS卫星星座，在空间部分中，有24颗卫星，导航的工作卫星最多，有21颗，剩余的卫星一般作为轨道用卫星，这些卫星在六个倾角为五十五度的轨道中围绕地球运行；GPS控制部分由诸多跟踪站的监控系统组成，各个跟踪站根据其主要功能的不同，进一步被分为一个主控站、三个注入站以及五个监测站。GPS卫星作为一个动态已知点，位置信息的确定由卫星发射的星历计算得到，各个跟踪站被细致划分。GPS的用户部分的基本石碑主要包括各种数据、图像处理软件、信号接收器以及相关设备，这一部分的主要作用是进行跟踪、数据接收、转换和测量卫星发射的GPS信号等，进而有效保证导航以及定位的准确性。
1.2 GPS变形监测模式分析
通常情况下，GPS变形监测技术主要有两个基本模式，分别为连续性监测模式和周期性监测模式。
（1）周期性监测模式
GPS周期性模式运行时，着重体现的是其周期性的特点，因此当监测系统作为研究对象的形变点或者是该区域范围内的变化较小或者是较为缓慢时，可以将这个既定区域的时间以及空间作为一个固定的物理量，不随着时间变化。此时，GPS周期性模式的重要作用便凸显出来，需要对这一监测点进行较长时间段的监测。这种长时间对于某一监测点进行监测的方式主要是由GPS静态监测模式完成。GPS静态监测模式，需要至少有两台GPS接收机来保障工作的有序靠站，并且在监测过程汇总，要根据实际情况及时进行设备的探讨。监测模式的形成建立在一定的、有效的监测网的基础之上，获得到相应的数据之后，要借助于各类数据处理软件，经过平差计算来有效获得所观测点的具体的三位坐标。
（2）连续性监测模式
相比较于周期性监测模式，GPS的连续性监测模式，二者都具有长时间进行监测的特点。但是区别于GPS的周期性监测模式，在整个监测的过程中，连续性监测模式主要采用的是固定检测仪加以监测，这对于获得耕事件分辨率数据可以说具有十分重要的意义和作用。连续性监测模式通常分为动态监测和静态监测两种，其中，动态监测模式最为常见和普遍。传统的动态监测模式主要借助于加速度计等设备来获得测量点的震动频率等相关数据，但是随着科学技术的不断进步与发展，这种传统的监测模式显然已经无法适应当前多变的环境，GPS连续性监测模式的出现和普及，一定程度上推动了动态监测技术在技术层面的突破和创新。可以说，GPS以其强大的优势，在变形检测方面发挥着重要作用。
1.3 GPS数据处理方法分析
通过GPS变形检测模式获得到相关的数据之后，需要进一步对数据进行整集和处理，对于数据的处理一般依赖于特定的数据处理软件。总体来看，尽管进行GPS数据处理的软件种类较多，但是所有软件的重点大多是同步网的基线处理，对于系统的误差分析、误差的随机处理为主的平差分析则没有得到很好的完善和发展。针对这种情况，虽然不少学者致力于对该问题的解决和完善，诸如为弥补平差分析漏洞而设计出的GPS数据处理软件，尽管有一定的改进，但是仍然不尽完善。
1.4关于对GPS变形监测的误差分析
GPS测量数据的误差主要来自于三个方面，分别为GPS卫星、卫星信号以及传播和接收设备。对于一些较为精准的高精度GPS定位测量实践，误差除了要参考以上三个最为主要的方面之外，还要进一步考虑负荷潮以及地球潮汐等情况。对于GPS中常见的各种误差，按照其性质一般划分为系统误差和偶然误差两个基本分类。一般情况下，系统误差要远大于偶然误差，GPS测量的主要误差来源就是系统误差。偶然误差主要包括信号的多路径效应以及观测的失误性操作等，系统误差则主要包括卫星星历的误差、大气折射的误差等等。系统误差具有一定的规律可循，其对于观测的影响较大，因此，必须采取一定的方式和方法来进行有效的减弱和消除。一般，其主要的处理方式三个：第一，综合不同观测站对于同一颗卫星的测量结构进行测值求差；第二，建立一定的误差模型，合理的对观测量进行及时的修正和完善；第三，引入一定的参数，数据处理的过程中同其他的未知参数一并进行求解。
2 GPS在城市地面沉降监测中的应用实例
如图1所示，所呈现出的是某城市的地面沉降监测网，其边长最大值为29.5千米，平均周长为15千米。借助于六台Ashtech 双频Z- Surveyor 接收机和扼流圈天线开展相关工作，维持两个小时的静态观察时间，通过Ashtech Solution 软件与广播星历在监测中的应用，按照按双频模式解算基线和进行GPS 网平差，其各个监测点的X、Y和大地高分量误差如表1所示，表2为基线便的相对精度。 综合分析上表二和表三来看，当边长的平均值控制在失误千米时，其所取得的监测效果最好，也就是将点位误差的水平分量控制在一到三千米的范围之内，垂直分量稳定在二到四千米的范围中。上述实例中可以到达较好的精度要求，仪器的性能发挥较为稳定，抗干扰能力较强，所获得的数据质量相对较好。
3 GPS变形监测技术的局限以及发展趋势分析
3.1 GPS变形监测技术的局限性分析
近年来，科学技术的不断进步，极大的推动了GPS变形监测技术的不断进步和发展，但是就整体而言，GPS变形监测技术仍然存在着诸多亟待完善的地方，而这也是一些高山峡谷工作、建筑物较为密集处等一些特殊地形测量的工作中，亟需要完善和解决的问题，这些特殊的地形测量工作需要更高精度和可靠性保证。
3.2 GPS变形监测技术的发展趋势分析
尽管GPS变形监测技术具有一定的局限性，但是其作为具有巨大挖掘潜力的高新技术，其无疑具有十分广阔的发展前景，势必会获得更为广阔的发展空间，以下，笔者简要就GPS变形监测技术的发展趋势加以分析。
（1）GPS变形监测在线实时分析系统的建立
对于一些高层建筑物、较大型桥梁、以及一些滑坡地带，着力于建立健全GPS变形监测在线实时分析系统无疑是其发展的一个极为重要的方向之一，而且也是一个大的发展趋势。对于对大坝以及滑坡等特殊地带进行变形监测的连续运行的GPS网络系统，其一般成本较为昂贵，因此，致力于低成本的GPS一机多天线变形监测的实时监控分析系统，无疑具有十分重要的意义和作用。
（2）联合GIS、RS技术，打造强强联合的“3S”监测系统
随着计算机技术、空间技术以及地球科学的不断发展，GIS、RS、GPS已经呈现出相互融合发展的趋势，“3S”技术的联合，可以更好的进行数据分析、研究以及实现各种灾变信息之间的交流和互动，GIS技术的应用，实现了对地质现象四维空间的成像，对于地质灾害，诸如滑坡、泥石流等方面也发挥着重要的监测和预报作用。“3S”技术的联合，无疑具有显著的优越性，其势必会成为变形监测技术的一个重要的发展趋势。
（3）GPS与其它变形监测技术联合的综合性变形监测系统的建立
为了有效应对和解决GPS技术在变形监测过程中的存在的不足和缺陷，可以根据变形检测的要求、特点以及目的，联合其他变形监测技术，诸如摄影测量以及特殊变形测量技术等等，组合成为一种具备综合功能的综合性变形监测系统，实现不同的变形监测系统的之间的优势互补。
（4）推动小波分析理论在GPS动态变形分析中的应用
传统的Fouirer分析无法有效应该信号的时频特征缺陷，因此，可以将小波变换理论应用于GPS动态变形分析之中，也就是利用小波转换所具有的高频和低频的变形分析，来有效实现GPS动态监测数据的滤波以及一些变形频率的分离。
4结束语
综上所述，随着科学技术的不断进步与发展，GPS变形监测技术的潜在的发展优势以及其强大的优越性势必会得到更好的进步和发展，拥有更为广阔的发展空间，为各项特殊工程的测量提供更为精准的数据信息。
参考文献
[1]胡友健，梁新美，许成功. 论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J]. 测绘科学，2006，05：155-157+10.
[2]卫建东. 现代变形监测技术的发展现状与展望[J]. 测绘科学，2007，06：10-13+204.
[3]杨玉龙. GPS变形监测技术的现状及发展趋势[J]. 城市建筑，2014，02：319.
[4]王建. 大型工程GPS变形监测数据处理关键技术研究[D].西南交通大学，2012.
[5]曲亚男. GPS定位技术在建筑物变形监测中的应用研究[D].山东大学，2012.
[6]许晓明. GPS技术在边坡变形监测中的应用及其数据处理研究[D].江西理工大学，2012.
[7]姜兴阁. 论变形监测技术的现状与发展趋势[J]. 矿山测量，2012，04：7-10.
[8]肖鸾，胡友健，王晓华. GPS技术在变形监测中的应用综述[J]. 工程地球物理学报，2005，02：160-165.