第5章GPS在變形監(jiān)測中的應(yīng)用主要內(nèi)容概述GPS定位基本原理GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)GPS一機(jī)多天線監(jiān)測技術(shù)5.1概述全球定位系統(tǒng)(GPS)作為20世紀(jì)一項(xiàng)高新技術(shù)，具有速度快、全天候、自動(dòng)化、測站間無需通視、可同時(shí)測定點(diǎn)的三位坐標(biāo)及精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛應(yīng)用。目前，GPS精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛地滲透到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，對經(jīng)典大地測量學(xué)的各個(gè)方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。它在大地測量學(xué)及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，如地球動(dòng)力學(xué)、海洋大地測量、地球物理探測、資源勘探、航空與衛(wèi)星遙感、工程變形監(jiān)測、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測速以及精密時(shí)間傳遞等方面的廣泛應(yīng)用，充分顯示了衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度與高效益。GPS定位系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋、全天候、高精度、實(shí)時(shí)連續(xù)定位。它由GPS衛(wèi)星組成的空間部分、若干個(gè)地面監(jiān)控站組成的地面監(jiān)控系統(tǒng)和以接收機(jī)為主體的用戶定位設(shè)備三部分組成。三者有各自獨(dú)立的功能和作用，但又是有機(jī)地配合而缺一不可的整體系統(tǒng)。圖5-1GPS定位系統(tǒng)的組成空間部分地面監(jiān)控部分用戶設(shè)備部分圖5-3GPS工作衛(wèi)星圖5-2GPS衛(wèi)星星座圖5-4GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)分布圖圖5-5GPS接收機(jī)5.2GPS定位基本原理略5.3GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)基本原理實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。它是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破。RTK測量技術(shù)，是以載波相位為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）測量技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成清華大學(xué)已成功將GPSRTK技術(shù)應(yīng)用于虎門大橋的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測。GPSRTK實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)主要是由GPS基準(zhǔn)站、GPS監(jiān)測站、光纖通信鏈路和數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心等部分組成，而數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心主要由工作站、服務(wù)器和局域網(wǎng)組成?；鶞?zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星差分信息經(jīng)過光纖實(shí)時(shí)傳遞到監(jiān)測站，監(jiān)測站接收衛(wèi)星信號及GPS基準(zhǔn)站信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分后，可實(shí)時(shí)測得站點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)站監(jiān)測站監(jiān)測站數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測中心光纖通訊GPS衛(wèi)星圖5-7GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)各個(gè)部分功能(1)GPS基準(zhǔn)站。輸出差分信號和原始數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)在測區(qū)內(nèi)地勢較高，視野開闊，且坐標(biāo)已知的點(diǎn)上。(2)GPS監(jiān)測站。輸出RTK差分結(jié)果和原始數(shù)據(jù)。(3)工控機(jī)。采集GPS流動(dòng)站的原始數(shù)據(jù)和RTK差分結(jié)果，向GPS流動(dòng)站發(fā)送控制命令。通過切換開關(guān)控制共享、分配器的工作。(4)服務(wù)器。運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，處理工控機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)供工作站顯示和分析。(5)遠(yuǎn)程控制器。遠(yuǎn)程啟動(dòng)和復(fù)位GPS監(jiān)測站。(6)共享、分配器。把差分信號由1路分成多路，每路差分信號和對應(yīng)的控制命令通過切換開關(guān)共享一路。(7)局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)包括調(diào)制解調(diào)器、光纖、集線器和網(wǎng)線等，提供數(shù)據(jù)庫存取和文件操作的通道?；鶞?zhǔn)站光纖共享、分配光纖流動(dòng)站圖5-8GPS差分信號流程工作站網(wǎng)絡(luò)工控機(jī)共享器GPS接收機(jī)圖5-9控制命令流程GPS接收機(jī)工控機(jī)接收、處理原始數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)服務(wù)器分析工作站圖5-10RTK數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)流程實(shí)時(shí)監(jiān)測的特點(diǎn)(1)由于GPS是接收衛(wèi)星信號來進(jìn)行定位，所以各監(jiān)測點(diǎn)只要能接收5顆以上GPS衛(wèi)星及基準(zhǔn)站傳來的GPS差分信號，即可進(jìn)行GPSRTK差分定位。各監(jiān)測站之間無需通視，是相互獨(dú)立的觀測值；(2)GPS可以實(shí)現(xiàn)全天候定位，可以在暴風(fēng)雨中進(jìn)行監(jiān)測；(3)GPS測定位移自動(dòng)化程度高。從接收信號，捕捉衛(wèi)星，到完成RTK差分位移都可由儀器自動(dòng)完成。所測三維坐標(biāo)可直接存入監(jiān)控中心服務(wù)器，并進(jìn)行安全性分析；(4)GPS定位速度快、精度高。GPSRTK最快可達(dá)10～20Hz速率輸出定位結(jié)果，定位精度平面為±10mm，高程為±20mm。5.4GPS一機(jī)多天線監(jiān)測技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則(1)先進(jìn)性。即選用的儀器設(shè)備性能應(yīng)是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，反應(yīng)速度快，監(jiān)測精度必須達(dá)到相應(yīng)的國家規(guī)范要求。(2)可靠性。即系統(tǒng)采集的GPS原始數(shù)據(jù)必須完善、正確；數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠，傳輸誤碼率低；數(shù)據(jù)處理、分析結(jié)果必須準(zhǔn)確；整個(gè)系統(tǒng)故障率低。(3)自動(dòng)化。即從數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)椒治?、顯示、打印、報(bào)警等實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。(4)易維護(hù)。即系統(tǒng)中各監(jiān)測單元互相獨(dú)立，并行工作。系統(tǒng)采取開放式模塊結(jié)構(gòu)，便于增加、更新、擴(kuò)充、維護(hù)。(5)經(jīng)濟(jì)性。即在保證先進(jìn)、可靠、自動(dòng)化程度高的前提下，采取各種有效方法，力求功效高、成本低。多天線控制器天線組GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)處理中心GPS膠一機(jī)多塌天線接廚收單元GPS融一機(jī)多坡天線監(jiān)鞭測系統(tǒng)愿的組成在不改食變已有羅GPS靜接收機(jī)尤結(jié)構(gòu)的愿基礎(chǔ)上級，通過仆一個(gè)附廳加的G狀PS信宮號分時(shí)敵器連接柄開關(guān)將評多個(gè)天首線陣列局與同一傳臺接收躲機(jī)連接航；通過船這樣孩一個(gè)環(huán)GP羅S多店天線聚轉(zhuǎn)換厲開關(guān)項(xiàng)可以什實(shí)現(xiàn)蹤蝶一臺而接收心機(jī)與污多個(gè)貴天線鉆相連竄，通拳過G遼PS約數(shù)據(jù)半處理捏后同修樣可價(jià)以獲削得變孕形體球的形忘變規(guī)椅律；該系破統(tǒng)包裁括控螺制中朽心、刷數(shù)據(jù)揀通信捉、多芬天線歪控制胳器和棗野外抱供電捕系統(tǒng)桶等4芝部分除組成藍(lán)。多用轉(zhuǎn)換開關(guān)基準(zhǔn)站接收機(jī)監(jiān)測站接收機(jī)數(shù)據(jù)處理中心數(shù)據(jù)庫報(bào)告變形分析模型圖5-11GPS一機(jī)多天線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成控制中鏡心控制中進(jìn)心可以筆對GP曉S多天蛙線控制忘器微波緣瑞開關(guān)各明信號通憂道進(jìn)行樣參數(shù)設(shè)挎定，包奶括各通盤道的開臺關(guān)的選醉擇，各外通道的坡時(shí)間參肚數(shù)設(shè)定山等，還永可以設(shè)確定系統(tǒng)球的工作眨方式，單例如對器采集數(shù)放據(jù)的傳頂送方式經(jīng)（實(shí)時(shí)要或事后構(gòu)）進(jìn)行丈控制，失并將由歷現(xiàn)場傳簽來的G癥PS原氧始數(shù)據(jù)爛，通過貢相關(guān)的吳數(shù)據(jù)處暢理，實(shí)森現(xiàn)精確貧定位。數(shù)據(jù)通案訊(1）協(xié)利用電菜話線進(jìn)委行數(shù)據(jù)劈燕通信，練由于有泛現(xiàn)成的奶電話線燈，只需敲購置相使關(guān)的調(diào)貸制解調(diào)廢器即可渡。該通帽訊方式含成本較備低，傳層輸距離將不受限細(xì)制，實(shí)擠時(shí)性可摔以保證計(jì)，工作洲時(shí)，由眼于占用輕電話網(wǎng)啄費(fèi)用較紅高，有中些場合濤可以考舌慮使用姐內(nèi)部小煤總機(jī)分準(zhǔn)機(jī)方式滋進(jìn)行通槐信。(2）啞利用無捕線方式賞進(jìn)行數(shù)帝據(jù)通信上，如利光用現(xiàn)有掛的GS塵M信道簡。(3偏）組栗網(wǎng)方號式。債構(gòu)成票局域姜網(wǎng)，皺從而蒜可以悠利用箏網(wǎng)上蹈的相稅關(guān)資挺源進(jìn)聚行數(shù)宴據(jù)通庫信，評這種秩方式揉進(jìn)行涂數(shù)據(jù)鍬通信迅時(shí)，土方便翠、可驅(qū)靠、座通用壓性強(qiáng)洞，不交需購瞞置專刃用設(shè)碑備，申但組撤網(wǎng)成奏本較陰高，耽如果烘不是演具備驅(qū)現(xiàn)成蔽的網(wǎng)你絡(luò)條鴨件，次不太奸適宜假采用繭，數(shù)趣據(jù)傳絡(luò)送時(shí)恐，實(shí)申時(shí)性爹可能煮難以農(nóng)保證凍。GPS陡多天線繞控制器多天兼線控強(qiáng)制器獻(xiàn)包括木計(jì)算篇機(jī)系員統(tǒng)、著天線芬開關(guān)桌陣列顆和控堪制電婦路，蓮其主熊要由純硬件狠和軟嗎件兩疲部分翅組成豬，它堂是無返線電污通信船中的畜微波擾開關(guān)史技術(shù)煉、計(jì)街算機(jī)務(wù)實(shí)時(shí)粱控制敘技術(shù)刪和大禾地測帳量數(shù)崇據(jù)處詞理理膚論及拜算法鑰的有穗機(jī)結(jié)告合，益僅用斗1臺沒GP柱S接溫收機(jī)丟互不鄙干擾絡(luò)地接逗收多壩個(gè)G葉PS芹天線槽傳輸逐來的綁信號爐，通安過軟銳件處僑理實(shí)樸現(xiàn)精病確定采位。GPS屢一機(jī)多少天線控累制器野外濃供電潤系統(tǒng)由于兩GP愿S多習(xí)天線勝監(jiān)測播系統(tǒng)眾工作槳在野塌外，仆需要陽長時(shí)僻間工旗作并找且不紅能間攏斷，塊實(shí)際蜘系統(tǒng)繳中，應(yīng)為防寺備電桂源斷殘電而磁引起靜數(shù)據(jù)御丟失逃，在硬電路柿控制竹板上總設(shè)計(jì)性有電塵源供終電檢組測系須統(tǒng)，養(yǎng)當(dāng)檢濤測到紅電源紛電壓俗不足半時(shí)，寄給C地PU餃發(fā)出惠警告通，C斬PU默會(huì)立薦即進(jìn)醬行相松關(guān)的秋數(shù)據(jù)楚保存換處理尾。隔河巖供大壩外張觀變形校GP添S自動(dòng)幸化監(jiān)測千系統(tǒng)工程概斷況隔河惰巖水留電站伙總裝底機(jī)容盼量為先12炎0萬賀kw忙，年懼發(fā)電脅30齡.4亞億k年w.央h，那水庫塵正常養(yǎng)蓄水窯位為筒20發(fā)0m溫，總味庫容胡量為罩34耳億m臭3，品是清植江三鄭個(gè)梯掃級水騾電站臺之一摸。隔河巖尼水電站辦是華中于電網(wǎng)重辯要的調(diào)覆峰調(diào)頻問電站，孕它的建含成對于敬緩解華丟中地區(qū)鬧的電力席緊張狀執(zhí)況，保慮證華中鍬電網(wǎng)的丸安全穩(wěn)罩定運(yùn)行僚；對于勾消除清撒江中下秘游的洪挎澇災(zāi)害劫，避免布清江洪征峰與長券江洪峰渡相遇以澡減輕長浙江荊江蓬段及下電游的防階洪壓力禁；對于鏈打通清辜江航道所，為鄂庭西山區(qū)厲提供便姻捷的交姓通動(dòng)脈例，促進(jìn)恒商品流洲通和資分源開發(fā)澆；對于平發(fā)展清凱江流域嗚的旅游敬事業(yè)等柴都具有恥十分重蔑要的意誕義。大壩御情況隔河腫巖水晨電站睛大壩駕為三躺圓心煉變截謀面重搏力拱投壩，稈最大敞壩高聲15耳1m胳，壩娛頂弧怨線全吃長為捆65云3m沿，壩凝頂高侍程為顆20借6m廊。高程1槳50m色以下為疊拱壩，遵高程1賤50m堅(jiān)以上為阻重力壩英。壩址為士凹形河擠谷，地至形條件訓(xùn)比較復(fù)味雜。監(jiān)測系腎統(tǒng)的總鑒體結(jié)構(gòu)大壩見變形揚(yáng)GP保S自并動(dòng)化乖監(jiān)測耐系統(tǒng)癢是由援?dāng)?shù)據(jù)半采集才、數(shù)日據(jù)傳哲輸及且數(shù)據(jù)現(xiàn)處理壤、分撐析和嗚管理街三個(gè)禾部分浴組成極的。整個(gè)系研統(tǒng)的數(shù)是據(jù)采集陷、傳輸乳、處理哪、分析仙、管理站采用局是域網(wǎng)絡(luò)壘來完成利。大壩眠外部彈變形鮮監(jiān)測征系統(tǒng)棕的數(shù)逗據(jù)采撲集工搶作是乏在G籃PS腰l～愁GP鉛S7縣這7咬個(gè)G考PS女站上編進(jìn)行鐘的。傲其中鋒GP痕Sl歌和G抱PS岸2為機(jī)位于磨兩岸齒的基浪淮點(diǎn)濁，G躁P(guān)S條3～港GP盜S7疲為位疑于大炒壩上條的變窄形監(jiān)充測點(diǎn)堂。數(shù)據(jù)才傳輸及時(shí)責(zé)準(zhǔn)確遭地傳善輸觀瞞測資況料及慣有關(guān)徹信息旬是建挎立G愁PS越自動(dòng)駁化監(jiān)溉測系婆統(tǒng)中秀的一莖個(gè)重礙要環(huán)繞節(jié)。壩面因工控銹機(jī)通姻過R因S-刻--眉-2悔32辯多串薄口遠(yuǎn)活距離節(jié)通訊輝方式捷將各吊監(jiān)測得點(diǎn)的峰接收賴機(jī)面倍板信蔥息實(shí)謹(jǐn)時(shí)傳最送到斯總控趨室，霉同時(shí)捐又通池過多吐路開瞞關(guān)方米式，榜按總斷控室壩所設(shè)腳置的蛇時(shí)間但間隔咱定時(shí)捎將上川述各浩臺接辟收機(jī)和所采偉集到奪的數(shù)廚據(jù)(持觀測岸值、敘衛(wèi)星練星歷蜂等)舉傳回敏服務(wù)襖器。數(shù)據(jù)鉗分析數(shù)據(jù)賣處理國、分歷析、灣管理咬部分隊(duì)在隔捉河巖艘大壩唯外觀燦變形厲GP蜻S自刪動(dòng)化席監(jiān)測但系統(tǒng)有中具緊有重怨要作棍用，周是整隱個(gè)系從統(tǒng)能員自動(dòng)娛運(yùn)行替的關(guān)療鍵。主要由朽總控、森數(shù)據(jù)處響理、數(shù)煎據(jù)分析莖和數(shù)據(jù)細(xì)庫管理俗等四個(gè)秤模塊組爪成?？偪氐钍钦陚€(gè)系元統(tǒng)中兼各模推塊的參數(shù)據(jù)腿交換丹中心藍(lán)，也暢是系盈統(tǒng)的茅主要殿用戶沿接口催。數(shù)據(jù)窯處理宏模塊逝的主在要功哥能是歪：時(shí)撤段自壁動(dòng)定混義與僅選取響；自嘆動(dòng)進(jìn)猴行數(shù)轟據(jù)處毒理；酬對成抽果可豪靠性平進(jìn)行諸判斷熔；對肢運(yùn)行沸過程躺中可止能出個(gè)現(xiàn)的寺錯(cuò)誤皆進(jìn)行哥控制星和處筑理，明保存舒結(jié)果垂和清鍬理數(shù)版據(jù)。屬變形亞分析冊模塊塊部分偷在P剛C機(jī)雷上運(yùn)夕行，客部分宰在工墳作站興上運(yùn)鐵行。數(shù)據(jù)庫僵管理模蠶塊具有共如下功坑能：數(shù)達(dá)據(jù)安全估管理、知數(shù)據(jù)更李新、數(shù)貞據(jù)查