GPS变形监测-原理与方法(王新洲

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1、武汉大学灾害监测与防治研究中心王新洲教授GPS变形监测-基本原理与方法武汉大学灾害监测与防治研究中心内容提要一、变形监测的意义二、变形监测的方法三、变形监测的要求四、GPS变形监测的几种模式五、GPS天线阵列变形系统武汉大学灾害监测与防治研究中心一、变形监测的意义1、保证建筑物的安全运营建筑物一旦发生事故，将给国家带来巨大的经济损失，甚至危及人民的生命，其后果是不堪设想的。如：法国的马尔巴塞大坝，由于运行期间没有设置观测仪器，对建筑物缺乏定期而系统的检查观测，未能及时通过观测等手段掌握大坝破坏前的变形情况，作出有效的补救措施，导致岸坡局部变形

2、和滑坡，造成兵营500多名士兵全部死亡、费雷茄斯城变成了废墟，给人民生命和财产带来巨大损害。武汉大学灾害监测与防治研究中心一、变形监测的意义2、变形监测是落实防灾减灾战略的根本保证通过变形监测，可发现建筑物变形规律，从而预报灾害的发生时间，让人们提前做好灾害预防工作，达到减灾的目的。例如，1962年我国梅山连拱坝右岸山坡漏水严重，经观测13#坝垛向左岸倾斜达57.2MM，向下游移动9.4MM，经分析并在垂线仪监测下放空水库进行加固处理，避免了大事故的发生。又如1985年6月12日凌晨，中国长江西陵峡北岸的湖北秭归县新滩镇，山崖裂缝四起，热气直

3、冒，一声巨响，地动山摇，0．7平方公里崖坡整体滑动，将新滩镇从地图上抹掉!滑坡总体积3000万立方米，大部分滞留在江岸阶地，200万立方米倾入长江，在80米长的河床上垫高17米，掀起36米高的涌浪，将对岸的石砌仓库卷入江中；江水向上回流13公里，向下27公里仍有1米高巨浪，致使13艘机动船、64艘木船沉没或损坏，船工死亡10人、伤8人。新滩镇1569间房屋全部甩入江1300多名居民除一位老人不肯定以外都已提前撤出。 早从1974年开始，科研人员即对新滩进行考察，1982年出现地裂后加强监测，1985年6月9日发出准确预报，10日全镇居民撤离。

4、武汉大学灾害监测与防治研究中心二、变形监测的方法1、利用经纬仪监测水平位移2、利用水准仪监测垂直位移3、利用激光准直仪监测水平位移4、利用引张线监测水平位移5、利用各种传感器监测位移6、利用正锤线监测扰度7、利用倒锤线提供点位基准8、利用近景摄影测量的方法监测三维位移9、利用测量机器人监测三维位移10、利用三维激光扫描技术监测三维位移11、利用GPS监测三维位移武汉大学灾害监测与防治研究中心三、变形监测的要求1、时间域上，要求监测要连续，处理要实时2、空间域上，监测点应有足够的密度3、不受气候的影响，应能保证全天候监测4、应有足够的精度，保证

5、能区分变形和误差5、应能远程控制，不必经常到监测现场6、应能作到监测、处理、分析、预报一体化、自动化根据上述要求，一般只有GPS监测能全部满足。武汉大学灾害监测与防治研究中心四、GPS变形监测的几种模式1、几种模式普通模式:只用几台GPS接收机，人工定期逐点采集数据，通过后处理获得各期之间的变形。这种模式的GPS安全监测模式属于常规模式，例如云阳宝塔的GPS变形监测就属于这种模式。隔河岩模式:每个监测点上都安置一台GPS接收机，实现全天候、全自动化监测、处理和分析RTK模式:采用GPSRTK技术,该模式一般难以达到3mm的监测精度建议不用这种

6、方式进行变形监测武汉大学灾害监测与防治研究中心四、GPS变形监测的几种模式宝塔滑坡监测点武汉大学灾害监测与防治研究中心四、GPS变形监测的几种模式坝面工控机坝面GPS天线GPS接收机至总控室隔河岩大坝自动监测系统武汉大学灾害监测与防治研究中心四、GPS变形监测的几种模式2、各种模式的优缺点普通模式的优点是简单、经济、成本低，GPS接收机可以与其他工程共享。其缺点是不能实现自动化，不能实现连续监测。隔河岩模式模式的优点是能自动连续地监测大坝变形。其缺点是成本很高。尤其是当监测点很多时，造价十分昂贵。RTK模式不适合变形监测。考虑到上述模式的优缺

7、点，迫切需要发展一种具备以上各种模式之优点的新的GPS监测模式。下面即将介绍的我们的研究成果就是这样一种兼有各种模式之优点的新的GPS监测模式。武汉大学灾害监测与防治研究中心五、GPS天线阵列变形系统为了克服上述各种模式中各自的缺点，发挥各自的优点，我们研制成功了GPS多天线共享器。用该多天线共享器建立的GPS监测系统在每个监测点上只需安装天线，不需安装GPS接收机，即一台接收机控制多个天线。从而大幅度降低监测系统的成本。这样的变形监测系统称为GPS天线阵列变形监测系统。该系统的造价仅为“隔河岩大坝GPS自动监测系统”的1/3，可节省2/3的

8、建设费用。武汉大学灾害监测与防治研究中心五、GPS天线阵列变形系统1、GPS天线阵列变形监测系统的工作原理工控机武汉大学灾害监测与防治研究中心五、GPS天线阵列变形