论GPS变形监测技术的现状与发展趋势_胡友健

论GPS变形监测技术的现状与发展趋势_胡友健
论GPS变形监测技术的现状与发展趋势_胡友健

第31卷第5期

2006年9月

测绘科学

Sc i ence o f Survey ing and M app i ng

V o l 131N o 15

Sep

作者简介:胡友健(1960O ),男,工学博士,教授,现主要从事GPS 技术在工程与灾害监测中的应用研究;近3年内主编《全球定位系统(GPS )原理与应用》,发表论文10余篇。E O m a i:l huyouji an @cug 1edu 1cn

收稿日期:2005O 11O 16

基金项目:中国地质大学留学回国人员科研基金项目资助(CUGLX0505082)

论GPS 变形监测技术的现状与发展趋势

胡友健①

,梁新美①

,许成功

(①中国地质大学工程学院,武汉 430074;②郑州经济管理干部学院,郑州 450000)

【摘 要】全球定位系统GPS ,以其连续、实时、高精度、全天候测量和自动化程度高等优点,在变形监测中的应用越来越广泛。然而,目前GPS 在变形监测方面的应用也存在不足和局限性。本文首先对常规大地测量技术、特殊变形测量手段、摄影测量技术和GPS 技术用于变形监测的现状及其特点进行总结,然后对目前GPS 用于变形监测的模式、数据处理方法及其存在的问题作一介绍和分析,最后探讨G PS 变形监测技术的发展趋势。【关键词】GPS ;变形监测;应用现状;发展趋势【中图分类号】P228;P258 【文献标识码】A 【文章编号】1009O 2307(2006)05O 0155O 03

1 引言

现实世界中许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系,例如地震、溃坝、滑坡以及桥梁的垮塌等等,都是典型的变形破坏现象。因而,变形监测研究在国内外受到了广泛的重视。随着各种大型建筑的大量涌现以及滑坡等地质灾害的频繁发生,变形监测研究的重要性更加突出,推动着变形监测理论和技术方法的迅速发展。目前,变形监测正向多门学科交叉联合的边缘学科方向发展,成为相关学科的研究人员合作研究的领域。已有的研究工作涉及地壳形变、滑坡、大坝、桥梁、隧道、高层建筑、结构工程及矿区地面变形等。

随着科学技术的进步和对变形监测要求的不断提高,变形监测技术也在不断地向前发展。全球定位系统G PS 作为20世纪的一项高新技术,由于具有定位速度快、全天候、自动化、测站之间无需通视、可同时测定点的三位坐标及精度高等特点,对经典大地测量以及地球动力学研究的诸多方面产生了极其深刻的影响,在工程及灾害监测中的应用也越来越广泛。然而,目前G PS 在变形监测方面的应用也存在不足和局限性。本文首先对常规大地测量技术、特殊变形测量手段、摄影测量技术和GPS 技术用于变形监测的现状及其特点进行总结,然后对目前GPS 用于变形监测的模式、数据处理方法及其存在的问题作一介绍和分析,并探讨其发展趋势。

2 变形监测技术概述

变形监测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS 技术。在20世纪80年代以前,变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量,是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值,其优点是:①能够提供变形体整体的变形状态;②适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境;③可以提供绝对变形信息。但外业工作量大,布点受地形条件影响,不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变

形、容易实现自动化监测等优点,但通常只能提供局部的和相对的变形信息。

摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。近10余年来,近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用,其监测精度可达到mm 级[1,2]。与其他变形监测技术相比较,近景摄影测量的优点是:①可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系;②可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测;③相片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析;④监测工作简便、快速、安全。近几年发展起来的数字摄影测量技术,也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用[3,4],并显示出良好的应用前景。此外,空中摄影测量技术亦在较大范围的地面变形监测中得到了应用[5]。但由于摄影距离不能过远,且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备,摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。

G PS 技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍,国外从20世纪80年代开始用GPS 进行变形监测[6]。从90年代以来,世界上许多国家纷纷布设地壳运动G PS 监测网,为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。例如,日本国土地理院从1993年开始了GPS 连续观测网的筹建工作,到1994年日本列岛已建立由210个GPS 连续观测站组成的连续监测系统(CO S MO S),目前的观测站总数已发展到1000多个[7]。该系统于1994年10月1日正式起用,10月4日就监测到北海道东部近海811级大地震,并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后,又成功地捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995年1月17日,在日本阪神712级大地震后,该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大的作用。

G PS 技术是监测地壳形变和板块运动的有效手段。我国在利用G PS 进行地壳形变监测方面起步较早。从1990年开始,先后建立了多个全国性的GPS 监测网(包括中国地壳运动观测网络、国家GPS A 级网等)和主要活动带的区域性G PS 监测网(包括青藏和喜马拉雅山地区、川滇地区、河西和阿尔金地区、新疆和塔里木地区、华北地区和福建沿海地区的G PS 监测网等),进行了多期的复测和连续观测,并利用这些资料首次建立了定量的中国大陆及其周围地区地壳运动的速度场,给出了中国大陆地壳水平运动的基本特征,得到了中国地壳水平运动呈现明显的非均匀性,西强东弱,西部地区的地壳运动受印度板块强烈冲击呈现南北向缩短、东西向伸展、有明显块体特点等重要结论[8O 11]。

在大坝外观变形监测方面,已成功地建立G PS 自动化监测系统。我国在青江隔河岩大坝建立的GPS 自动化变形监测系统,由数据采集、数据传输、数据处理与分析3大部分组成[12]。数据传输部分及时准确地传输观测资料及有关信息(观测值、卫星星历)到控制中心,也能在总控室中对各接收机进行遥控(譬如:开机、关机、改时段长度、设置采样率、截止高度角等参数)。数据处理及管理部分主要

由总控软件、数据自动处理软件、自动变形分析软件和数据库管理等部分组成。该系统曾在1998年长江抗洪中发挥了重要作用。在GPS用于滑坡变形监测方面,D i ng X L于1999年提出了一机多天线的思想并成功研制了一机多天线G PS变形监测系统[13],它不改变目前已有的GPS接收机的结构,而通过一个附加的G PS信号分时器来实现一机多天线。这一思想在设计上是多天线阵列与接收机的连接使用一个时分单通连接开关,即GPS多天线转换开关GM S(GPS M u lti O antenna S w itch),它能与任意多个GPS天线相连。实践证明,采用一机多天线GPS系统,不仅可大大节省硬件设备费用的投入,而且能够有效地应用于滑坡和大坝等局部变形监测[14,15]。

3GPS变形监测及其存在的问题

311GPS变形监测模式

G PS用于变形监测的作业方式可分为周期性和连续性两种模式(Ep i sod i c and Conti nuousM ode)。

31111周期性监测模式

当形变体的变形速率相当缓慢(如地壳运动,处于缓慢变形阶段的滑坡体位移等),在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时,可利用GPS进行周期性变形监测,监测频率视具体情况可为数月、一年或甚至数年之久。此时采用G PS静态相对定位方法测量,将2台以上G PS接收机安置在观测点上同步观测一段时间,观测时段长度和时段个数依监测精度的要求而定。一般采用边连接方式构成监测网,数据处理与分析在事后进行,用后处理软件进行基线解算,经过平差计算求得观测点的三维坐标。这种方法尤其适用于长边监测网,边长相对精度可高达10-9。

31112连续性监测模式

连续性变形监测指的是采用固定监测仪器进行长时间的数据采集,获得变形数据系列,此时监测数据是连续的,具有较高的时间分辨率。根据变形体的不同特征,GPS连续性监测可采用静态相对定位和动态相对定位两种数据处理方法进行观测,一般要求变形响应的实时性。例如,大坝在超水位蓄洪时,必须时刻监视其变形状况,要求监测系统具有实时的数据传输和数据处理与分析能力。对于桥梁的静动载试验和高层建筑物的振动测量等,其监测的主要目的在于获取变形信息及其特性,数据处理与分析可以在事后进行。对于建在活动的滑坡体上的城区、厂房,需要实时了解其变化状态,以便及时采取措施,保证人民生命财产的安全,可采用全天候实时监测方法,即建立G PS自动化监测系统。系统的精度可按要求设定,目前最高监测精度可达到亚毫米级。系统的响应速度快,从控制中心敲击键盘开始,几分钟内可以了解到监测点位置的实时变化情况。

在动态监测方面,过去一般采用加速度计、激光干涉仪等测量设备测定建筑结构的振动特性,但是,随着建筑物高度的增加,以及对监测工作的连续性、实时性和自动化程度的要求的提高,常规测量技术已越来越受到局限。GPS作为一种新方法,随着其硬件和软件的发展与完善,在大型结构物动态特性和变形监测方面已显示出独特的优越性。近几年来,国内外利用G PS在这方面进行了一些试验研究工作。例如,利用GPS技术对加拿大卡尔加里(Calgary)塔在强风作用下的结构动态变形进行了测定;国内对一些大跨度悬索桥和斜拉桥(如广东虎门大桥)已尝试安装GPS实时动态监测系统,深圳帝王大厦的风力振动特性采用了GPS进行测量[16]。为了获得监测对象的动态特征,需要进行连续的、高频率的数据采样。高采样率卫星接收机(20H z、10H z、5H z)的出现,使之成为研究各种工程建(构)筑物的动态变形特征的新方法。

312GPS数据处理方法

G PS变形监测网的基线解算和平差计算,目前一般是采用瑞士BERNESE大学研制开发的BERNESE软件[17]或美国麻省理工学院研制开发的GAM IT/GLO B K软件[18]和I G S精密星历[19]。BERNESE和GAM I T/GLOBK软件均为科研用途的高精度GPS数据处理软件,其数据处理分为两个主要方面:一是对G PS原始数据进行处理后获得同步观测网的基线解;二是对各同步观测网的解进行整体平差和分析,获得G PS网的整体解。数据处理的重点都在于对同步网的基线处理,而在网的平差分析方面,特别是多个子网的系统误差分析、粗差分析及随机误差处理方面,目前还没有很理想的方法。国内目前较有影响的GPS平差软件有:原武汉测绘科技大学研制的GPSAD J系列平差处理软件[20]和同济大学的TG-PPS静态定位后处理软件[21]。这两种软件主要用于完成经过商用GPS基线处理软件处理以后的三维和二维G PS网的平差。

313GPS变形监测存在的问题

G PS应用于变形监测,已取得许多试验研究成果。但在现阶段,在高山峡谷、地下、建筑物密集地区和密林深处,由于卫星信号被遮挡及多路径效应的影响,其监测精度和可靠性不高或无法进行监测。应用GPS技术,也只能获取形变体上部分离散点的位移信息。另外,根据一些滑坡GPS监测资料的分析结果[20O22],目前G PS监测水平位移的精度较高,而监测垂直位移的精度较低(约比水平位移的监测精度低2倍),这种状况使得高精度变形监测中还难以利用GPS同时精确测定平面和垂直位移。由于GPS存在这些不足之处,它不能完全替代其他变形监测技术,而应在必要时采用由G PS 与其他技术(G IS、R S、I N S AR、近景摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合而成的变形监测系统。

目前,GPS动态变形监测数据处理主要采用的是整周模糊度动态解算方法(Ambigu ity R eso l ution On O T he O F l y,简称OTF法),但该法只能达到c m级精度,不能满足高精度动态变形监测的需要。另外,对于动态变形监测,由于监测点在很短时间内的变形是微小的,表现为一种弱信号,而误差却成为强噪声,如何从受强噪声干扰的序列观测数据中提取微弱的特征信息,以提高变形监测的精度,是GPS动态监测系统应解决的一个关键技术问题。目前,这一问题通常是采用数据平滑或K al m an滤波的方法在时域内进行处理。对于变形的频率和幅值等主要变形特征的分析,则通常采用频谱分析法将时域内的数据序列通过Four i e r级数转换到频域内进行分析。但由于这些方法本身存在的缺陷,对于非平稳、非等时间间隔观测信号的变形特征提取存在局限性。

4GPS用于变形监测的发展趋势

根据对国内外G PS变形监测的现状分析和对变形监测的客观要求,可将GPS变形监测的发展趋势概括为以下几个方面:

1)建立GPS变形监控在线实时分析系统

对于大坝、大型桥梁、高层建(构)筑物、滑坡和地区性地壳变形监测,研究建立技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的发展趋势。这种系统由数据采集、数据传输和数据处理与分析等几个主要部分组成,可以使监测数据得到及时地分析和处理,从而实时地评价变形的现状和预测其发展趋势,为灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据,这对处于活跃阶段的滑坡体变形及断层的相对运动监测具有特别重要的意义。由于建立连续运行的G PS 网络系统进行大坝和滑坡等变形监测,成本较为昂贵,因此,研究低成本的GPS一机多天线变形在线实时监测分析系统也一个颇有实际意义的研究方向。

2)建立/3S0(GPS、G IS、RS)集成变形监测系统

随着计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展,/3S0(G PS、G IS、RS)技术已从各自独立发展进入相互集成融合的阶段[20,21]。/3S0技术集成,可为分析、研究包括变形信息在内的各种灾变信息之间的相互关系提供技术支撑,特别是时态G IS(T empo ra l G IS,简称TG IS)技术的应用,它可以描述四维空间的地质现象,除具有一般G IS的功能外,还能够记载研究区域内各种地质现象随时间的演绎过程,这对滑坡等地质灾害的监测预报具有非常重要的作用。因此,研究/3S0集成变形监测系统,也是变形监测技术的重要发展趋势之一。

3)建立GPS与其他变形监测技术集成组合的综合变形

156测绘科学第31卷

监测系统

为克服GPS技术用于变形监测的不足和局限性,根据变形监测的对象和目的,将GPS与其他变形监测技术(如I N-S AR、摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合形成综合变形监测系统,可实现不同监测技术之间的优势互补。例如,将GPS与I N S AR集成组合成GPS/I NS变形监测系统,可从离散点位测定进入到四维形变场(x,y,z,t)的整体动态精确测定,使G PS变形监测技术应用范围更加广阔。现在G PS等空间测地技术不仅可以应用于水库大坝及各种滑坡的精密外观形变监测,而且已经用于研究板块运动、亚板块运动等问题,这在过去是不敢想象的。GPS等空间测地技术集成组合应用于大范围、整体性的地壳运动监测,将使地壳形变观测在空间域的控制能力和分辨能力方面得到极大地提高,这也为G PS等空间测地技术用于大型工程的变形监测带来了新的机遇,为推进高精度变形监测的研究注入新的活力。

4)将小波分析理论用于GPS动态变形分析

为了克服经典F our i er分析不能描述信号时频特征的缺陷,可将小波变换用于GPS动态变形分析,即利用小波变换的多分辨率特性,实现GPS动态监测数据的滤波、变形特征信息的提取以及不同变形频率的分离。通过小波变换提取变形特征的研究工作已经起步,但尚未取得实质性的研究成果。在第21届国际大地测量与地球物理联合会(I UGG)大会上,国际大地测量协会(IAG)将/小波理论及其应用0确定为大地测量新理论的研究方向之一。在1999年召开的第22届I UGG大会上,/小波理论及其在大地测量和地球动力学中的应用0再次被I AG确定为G I V分会(大地测量理论与方法)的新的研究课题。由此可见开展小波理论及其应用研究的重要性。小波分析为高精度变形特征提取提供了一种数学工具,可解决其他方法无法解决的难题,对非平稳信号消噪有着其他方法无法比拟的优点。因此,小波分析理论在G PS 动态变形监测的数据处理与分析方面将可发挥重要作用。

5结束语

G PS以其连续、实时、高精度、全天候测量和自动化程度高等优点,在地壳形变和工程及灾害监测中的应用将越来越广泛。G PS用于变形监测,其总的发展趋势是针对不同的监测对象和监测目的,研究建立技术先进而又实用的GPS在线实时监测分析系统和基于GPS与其他技术(G IS、RS、I N-S AR、摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合的综合性的变形在线实时分析系统。GPS应用于大坝和滑坡体等的外观变形监测,与传统的地面测量技术相比有其独特的优越性,但是成本亦较为昂贵。因此,研究低成本的GPS一机多天线变形在线实时监测系统有其实际意义。诞生于20世纪80年代的小波分析理论,是一种最新的时频局部化分析方法,被认为是自F our i er分析之后的突破性进展。将小波分析方法用于GPS动态变形分析,可望有效地提取动态变形特征,是一个值得重视的研究方向。此外,应当重视研究如何提高GPS垂直位移的监测精度,使之能与水平位移的监测精度相匹配,从而使GPS可以同时测定三维位移的优越性得到更有效的发挥。

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第5期胡友健等论G PS变形监测技术的现状与发展趋势

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S tudy on the se lection strategy of PRNG s i n G IS

Ab stract:Som e stochastic m e t hods w ith pseudo O random num ber g ene ra tors(PRNG s)are appli ed to G IS gradua lly,such as M onte Ca rlo techn i que s,dynam i c m ode li ng,sto chastic si m u lation,ce ll u lar au t om a ta e tc1T herefo re the v ali d ity of stochastic ana l y ses is depend-ent on t he PRNG1Y et G IS artic le rarely d i scuss the i m pa ct o f PRN G s w ith i n spa ti a l ana l y sis1B ased on t he statisti c fea t u re ana lysis o f ex is-ted PRN G s and characteristic o f G IS application,th is artic le d iscusses the pe riod leng th,corre lation and struc ture s as w e ll as potentia l i nfl u-ence of random num bers'd istr i bu ti ng fea t u re to spa ti a l ana lysis1It conc l udes a pr i nc i p l e of PRN G s se lec ti on stra tegy1

K ey words:stochastic method;G IS;PRNGs;st ochastic sm i ulation Y E Song(Schoo l of R esource and Env i ron m ent Sc ience,W uhan U n-i versity,W uhan430079,Ch i na)

Bank m anage m ent syste m based on geograph i c i n for m ation syste m s Abstract:Fo r pro m oti ng t he serv ice qua lity and co mpeti ti on ability of bank i ng,we can appl y G eograph i c Infor m ati on Syste ms(G IS)to provi de geog raphic query functi on,dec i sion O mak i ng f uncti on and customer serv i ce f uncti on1Based on vari ous businesses locati ons and other re l ated resources o f banks,we have establi shed t h i s banki ng G IS query syste m1T he syste m has fo ll ow i ng feat ures:Conven i ent and advanced serv ice1By G IS,we can prov i de more conven i ent and easier w ay to q uery i nfor mati on f o r custo m ers and to handle cases f or banks1Resource integration f uncti on,G IS can li nk all ki nds of banks'busi ness locations,ATM and re l a t ed resources organically and v i sua lize the m through d i g i ta lmaps,which can prov i de bankers and de-cisi on O makers w it h reli ab l e and f u ll O scale inf or m ati on1

K ey word s:G eographic Infor m ati on Syste m s(G IS);bank m an-agement syste m;query f unc tion;decisi on O m ak i ng f uncti on;cust om er service function

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G IS O T geodatabase design and gen eration for L angfang

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K ey w ords:G IS O T;LR S;dynam ic segm enta ti on;geoda tabase; UM L

ZHOU Y un①,GU Zh i O jie①,Z HANG Jun O w e i①,ZHU D a O m i ng②, L I ANG H ong③(①H ebe i ji aotong V ocationa l&T echn i ca lCo ll ege,Sh ij-i a z huang,H ebe i0500051,Ch i na;②F acu lty o f Land R esource Eng i neer-i ng,K un m i ng U n i versity o f Sc i ence and T echno l ogy,K un m i ng650093, Ch i na;③Schoo l of i nfor m ation,Y un N an U n i ve rs i ty,Kun m i ng 650091,Chi na)

App lication of G IS s patio O te m poral data m ode l i n urban under-ground pipe li n e database

Abstract:T he dyna m ic i ncrease,a ltera ti on and d i suse of urban un-derg round p i peli ne i nfo r m ati on resu lt in the d ifficu lty and co m plex i ty o f

its manag e m ent and dev elopment1A ccord i ng to t he spa ti o O temporal char-acter of p i peli ne i nfor m ation,this pape r puts forwa rd a G IS spati o O tem-pora lm ode l based on i ntegrated sto rage of spa ti a l data and attr i bute data and object O or i ented technology1A s a resu lt,m any proble m s o f urban un-derground p i peli ne,such as dynam ic data updating,h i stor i c da ta m anag-i ng,present data query ing and analyzi ng are so l ved1M o reover,t h is pa-per g i ves a detail ed desc ri ption o f pipe line database desi gn1In genera,l this scheme is very si gnificant and feasible in dev elop i ng urban under-g round p i pe li ne i nforma ti on syste m f o r larg e o r m edi u m sized c iti es1

K ey words:underg round pipe line;object O or i ented;G IS spati o O te m po ra l data m ode l

Y I N L i O l,i S H I M i ao O m i ao,ZHANG Shu O liang(Jiangsu P rov inc ial K ey L ab o fG eograph i ca l In f o r m ati on Sc i ences,N an ji ng N o r m alU n i vers-i ty,N an ji ng,P1R1Ch i na,210097)

Design of i n tegration of graph ics and docum en ts i n u rban p l ann i n g m anage m en t system

Abstrac t:There are m any operati ons re lated to t he m assive graph-i cs and docu m ents data i n t he urban planni ng m anage m ent syste m1The diff e rence bet w een g raph i cs and documents data s'process i ng,s uch as t he st o ri ng,i nquiry,sho w i ng,pr i nti ng and so on,i s a lso g rea t1T o rea lize the true i ntegrati on o f g raph ic and docu m ents,the soft w are eng i nee ri ng m ethod should be used to i nstruct and assist t he design i ng about t he function o f i ntegrati on o f graphics and docum ents1In t h is pape r,the au-tho r presents the basi c pri nc i p l e and essenti a l m ethod for i ntegrati on o f graph ics and docu m ents wh i ch are desi gned i n UPM IS1

K ey word s:i ntegration of graphics and docum ents;urban plann i ng m anage m ent sy stem;G IS;m e tadata

ZHANG Y un O l ong①②,S UN Y i O z hong①,L I X ia③,XU Zhu①(①Jiangsu P rov i nc i a lK ey L ab o fG eograph i ca l Infor m ati on Sc i ence,N an ji ng N o r m alU n i ve rsity,N anji ng210097,Ch i na;②U rban P lanning Infor m a-ti on Center of Huhhot,H uhho t010020,Ch i na;③Co llege o f Che m i stry ,S i chuan N or m a lU n i versity,Chengdu610066,Ch i na)

On the statu s quo and developmen t trend of GPS technology for de-for m ation mon itoring

A bstrac t:G loba lP os iti on i ng Sy ste m(G PS)is w i de l y used i n de-fo r m at i on m on ito ri ng due t o its24hours av a ilab ility,rea l O ti m e,h i gh pre cis i on,ope rab ility under a ll w eather cond iti ons and autom ation1In th is pape r,the status quo and fea tures o f the app li ca ti ons of tradition-a l g eode sy,pho togramm e try,spec ia l de f o r m a ti on m onito r i ng and G PS te chno log ies i n defo r m a ti on m on ito ring are summ ar ized firstl y1T hen the defo r m a ti on m on ito ri ng m ode,l data processi ng m ethod and li m ita-tion s o f the app li ca ti ons o f G PS in defo r m a ti on m on itor i ng is i ntro-duced and ana l ysed1F i na lly,the deve l opm ent trend o fG P S de for m a-tion m on itor i ng techno logy is d iscussed1

K ey words:G PS;de f o r m ati on m onitor i ng;status quo;trend

HU Y ou O jian①,L I ANG X i n O me i②,XU Cheng O gong②(①F acu lty of Eng ineer i ng,China U n i ve rsity of G eo sc i ences,W uhan430074;②Zhengzhou Econo m icM anagem ent Institute,Zhengzhou450000)

Th e d evelopm en t and status of GPS technology i n Anhu i Un iversity of science and techno l ogy

Abstract:The develop m ent and status of G PS techno l ogy i n A n-H ui university o f sc i ence and technology are i ntroduced from teach i ng, sc ientific stud ies and so ft ware deve lop m ent1The m ain research achieve-m ents i n our un i ve rs i ty are i ntroduced,and the chief deve l op i ng direc-ti ons i n t he foll ow i ng years are put fo r w ard1

K ey words:G PS techno l ogy;AU ST;teachi ng;scientific stud i es; so ft ware;develop m ent and status

YU Xue O x iang,LV W e i O ca i(D epart ment o f Resource and Env iron-m ent Eng ineer i ng,A nhu iU n i ve rsity o f Sc i ence and T echno l ogy,H ua i n-an232001,Ch i na)

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#ABSTRACT S OF THE PRESENT ISS U E

Insar在变形监测中的应用研究

InSAR技术在变形监测中的应用研究 卫星合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)通过对地面同一地区进行两次或多次平行观测,得到复图象对,从复图像对中提取相位信息,作为获取地表三维信息和变化信息的信息源,用以获取DEM和监测地表面的变化。InSAR技术在地面沉降、自然灾害等地面变形监测方面已得到广泛的应用。本文就InSAR在变形监测中的应用现状、存在的问题及前景进行了探讨。 1.引言 合成孔径雷达干涉(InSAR)测量技术是在合成孔径雷达(SAR)技术基础上发展起来的雷达成像技术。它继承了SAR的全天候、全天时、大范围、有一定穿透能力等优点。在早期,InSAR技术的应用主要是地形制图,生成DEM,开展形变比较明显的地震形变、地壳形变、火山活动、冰川移动等大面积监测研究,后来随着InSAR技术的不断成熟和研究工作的不断深入,又逐渐转向地面沉降、山体滑坡等引起细微持续的地表位移[1]。InSAR 技术除了具有高探测精度(亚厘米级) ,而且具有低成本、近连续性和遥感探测的能力, 无疑将成为今后地面沉降探测技术的研究重点和发展方向。另外,星载InSAR系统有利于大范围测绘和动态过程的长期监测,特别适合危险地区和人类无法进入地区的研究工作。因此,该技术在军事、国民经济建设中,有着极其广泛的应用。 InSAR技术在应用方面还存在很多问题亟待解决。InSAR技术对大气误差、遥感卫星轨道误差、地表状况以及时态不相关等因素非常敏感, 这造成了InSAR技术应用中的困难。在干涉数据的获取方面,星载干涉SAR大部分是重复轨道获得的,由于周期比较长、两次飞行轨道存在夹角等问题使得相干性大大降低,影响了DEM提取的精度。为了获取高质量、稳定的干涉数据源,只有采用双天线的SAR系统才能得到保证,但目前还缺少双天线的星载SAR系统,这也大大限制了InSAR的发展。 InSAR技术的理论研究除了对SAR与InSAR成像技术研究以外,更多集中在InSAR技术 研究的一个新的热点研究方向。 2.合成孔径雷达干涉测量原理 合成孔径雷达干涉测量是利用卫星或飞机搭载的合成孔径雷达系统,通过两副天线同时观测(单轨模式),或两次近平行的观测(重复轨道模式),获取地面同一景观的复影像对。由于目标与两天线位置的几何关系,在复图像上产生了相位差,形成干涉纹图。干涉纹图中包含了斜距向上的点与两天线位置之差的精确信息。根据复雷达图像的相位差信息,利用传感器高度、雷达波长、波束视向及天线基线距之间的几何关系,通过影像处理、数据处理和几何转换等来提取地面目标地形的三维信息[3]。 下面以卫星重复轨道干涉模式为例,其成像几何示意图如图1所示: 图1:InSAR的几何关系示意图

移动互联网现状及其发展趋势

移动互联网现状及其趋势 班级: 姓名: 学号: 学院 【摘要】在我国,移动互联网正在成为主流的无线网络业务。得益于移动互联网的方便性和全面性,大量行业和企业有了快速发展。未来,移动互联网的发展将继续影响这些行业和企业。随着移动互联网的迅速发展,在业务、模式创新以及全球性战略竞争与布局围绕移动互联网全面展开。其中,由于移动互联网的发展模式和格局尚在形成之中,其发展趋势将对未来的互联网产业、移动通信产业乃至电信业和整个信息产业的影响巨大化。本文对移动互联网的特点及发展趋势,以及移动互联网迅速发展的原因进行了分析,并对深入思考了移动互联网的发展潜力。 【关键词】移动换联网、现状、发展趋势 计算机和网络技术的发展已经到了极为迅速的程度,在此基础上,随着移动通信技术的成熟和发展,我国的移动互联网成为新的发展先锋。由于移动互联网比基于PC端的“传统互联网”更加方便、快捷,因此更受人们的青睐,同样也引起了市场和企业的注意。大量行业龙头借助移动互联网实现了扩张,而一些原本发展乏力的行业焕发了生机。 一、移动互联网 广义上说,移动互联网指的是利用移动协议和设备将手持终端接人互联网的联结方式。从技术角度看,移动互联网指的是基于IP宽带技术并能够提供数据和多媒体开

放式业务的电信网络。从终端角度看,移动互联网由网络、终端和应用共同构成,即用户借助手机、平板电脑或笔记本电脑,利用移动网络,借助各类应用实现信息查询和数据的传递。 二、移动互联网的特点 便携。移动互联网终端以手机和平板电脑为主,现在市场上也出现了智能手环、智能手表和智能眼镜等随身设备,这些设备在“智能化”以前本就是人们随身携带的物品,因此这些智能设备与以往相比并没有增加用户使用中的不便,便携性能依然优越。便捷。移动互联网与“传统”互联网不同,能够通过不同的方式与互联网相连,只要有移动网络,就能联网,不再依赖于接线插口或其他端口,因此使用过程中更加便捷。即时。移动互联网使人们能够利用“碎片时间”处理一些简单事物,例如收发简单的邮件或接受工作指令,如果用户愿意的话,可以24小时都联网接收和处理信息,不会再有重要信息被错过。强制。移动互联网的“强制性”是一种相对的特点,与“传统”互联网相比,移动互联网使人们习惯于不断查看手机或其他移动设备,每一条信息都有声音或其他提示,这使用户不得不及时处理这些信息。这也体现了移动互联网的软性强制性。封闭。相对于“传统”互联网来说,移动互联网由于基于移动通信信号,因此可以说与用户的手机号码“绑定”了,而无论用户是否用手机号码在各大网站注册,相对于“传统”互联网来说,监控范围更广泛,而人们的视角也相对更加封闭。 三、移动互联网的现状 PC端流量增长出现瓶颈,移动端流量上升。从总体来看,现在整个PC互联网的用户和流量方面的增长已经出现瓶颈。虽然CNNIC的报告当中,PC互联网或者整体互联网的用户规模仍存在放缓式的增长,网民每年增长500。万左右。但根据监测,在PC互联网上用户产生的流量已经开始有下滑的趋势;许多基于PC的网络服务电子邮箱、网页搜索、社区、独立SNS、博客等,其日均覆盖用户开始出现不同程度的下降。在过去半年时间里,PC客户端的日均覆盖人数下降了7.9%,PC网页端的日均覆盖人数下降15.4%。而在移动APP和移动网页上,这一数字分别增长了46%和41.6%,其中以即时通讯、移动网络购物、应用商店的日均覆盖人数增长尤为迅速。使用APP和用官方浏览器去查看移动网页的用户都有快速的增长,在过去8个月当中,增长率超过了40%。据艾瑞的统计数据,用户使用APP和他们浏览网页的总时间的比例发生了非常惊人的变化。这说明目前大家在PC领域浏览网页的时间仅仅是移动互联网APP使用总时间的2倍左右,而且移动互联网的发展速度还会继续加快。整个移动互联网的发展实际上只有两三年的时间,但是用户在移动智能终端花费的时间已经出现了非常快速的增长。 PC主要服务流量下降,移动端各项服务流量上升。目前很多基于PC的网络服务时长开始出现一些下降,如电子邮箱、网页搜索、社区、独立SNS,以及博客等的数据都在迅速下滑,下降幅度最大的是博客。博客服务早已过了它的辉煌时期,现在还在使用博客的用户已经不多了,用户都转移到了其他的社交服务。同时,PC端的其他社交服务,比如独立SNS、社区等,也都呈现出下滑的趋势。相对来说,PC端服务下降幅度最小的是网页搜索,可见搜索仍然是PC端最重要的入口之一。相比PC端的流量全线下降,移动端各项服务都呈现出较为明显的增长,其中增速最高的是网络购物。这几年,淘宝“双11”活动对于移动购物是一个极大的促进,很有力地培养了用户在移动端的购物习惯。因此,移动网购应用的覆盖人数出现了突下漏讲的增长。 此外,移动端的即时通讯服务几年来却涨幅颇大,即时通讯服务是移动端最为重要,也是最基础的服务类型之一,这个类别的快速增长主要是由于微信的带动。微信已经成为移动端的杀手级应用,其增长是有目共睹的,因此移动端即时通讯服务也借了微信的

变形监测技术与应用

1.什么是变形? .什么是变形监测?变形监测的目的是什么?变形监测的意义? 变形监测的主要内容有哪些? 答:变形是物体在外来因素作用下产生的形状和尺寸的改变。 变形监测是对被监测的对象或物体进行测量以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。 目的:1、分析和评价建筑物的安全状态。2、验证设计参数。3、反馈设计施工质量。4、研究正常的变形规律和预报变形的方法。 意义:1、对于机械技术设备:则保证设备安全、可靠、高效地运行:为改善产品质量和新产品的设计提供技术数据。 2、对于滑坡:通过监测其随时间的的变化过程:可进一步研究引起滑坡的成因:预报大的滑坡灾害。 3、通过对矿山由于矿藏开挖引起的实际变形的观测:可以控制开挖量和加固等方法:避免危险性变形的发生:同时可以改进变形预报模型。 4、在地壳构造运动监测方面:主要是大地测量学的任务。但对于近期地壳垂直和水平运动等地球动力学现象、粒子加速器、铁路工程也具有重要的工程意义。 内容:现场巡视、环境量监测、位移监测、渗流监测、应力、应变监测、周边监测。 2.变形监测技术的发展趋势。 答:由于变形监测的特殊要求:一般不允许监测系统中断监测:就要求监测系统能精确、安全、可靠长期而又实时地采集数据:而传统的设备难以满足要求:因此:科研人员在现有自动化监测技术的基础上:有针对性的研发精度高、稳定性好自动化监测仪器和设备。这方面成果有:自动化监测技术、光纤传感检测技术、CT技术的应用、GPS 在变形监测中应用、激光技术的应用、测量机器人技术、渗流热监测技术、安全监控专家系统 3. 变形监测工作有何特点:常用变形监测技术方法有哪些? 答:特点:1、周期性重复观测2、精度要求高3、多种观测技术的综合运用4、监测网着重于研究点位的变化。 测量技术:1、常规大地测量方法。如:三角测量、交会测量、水准测量。2、专门的测量方法。如:视准线、引张线测量方法。3、自动化监测方法。4、摄影测量方法。5、GPS等新技术的应用。 4. GPS用于变形测量有何优点? 答:速度快、全天候观测、测点间无需通视、自动化程度高:能进行同步变形监测:并实现了数据采集、传输、处理、分析、显示、存储等:测量精度可达到亚毫米级。6.变形观测中观测精度是如何确定的? 变形观测中确定观测周期的原则: 答:如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全:则其观测的中误差应小于允许变形值的十分之一~二十分之一:如果观测的目的是为了研究其变形的过程:则其中误差应比这个数小得多。当存在多个变形监测精度要求时:应根据其最高精度选择相应的精度等级:当要求精度低于规范最低精度要求时:宜采用规范中规定的最低精度。变形监测的周期应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则:根据单位时间内变形量的大小及外界影响因素确定。 7.为什么要对变形监测资料进行检核?检核的方法有哪些? 答:资料分析工作必须以准确可靠的的监测资料为基础:在计算分析之前:必须对实测资料进行校核检验:对监测系统和原始资料进行考证。这样才能得到正确的分析成果:发挥监测资料应有的作用。 校核方法:任意观测元素:如高差、方向值、偏离值。倾斜值等/:在野外观测中均具有本身的观测校核方法:可参考有关的规范要求。进一步校核是在室内所进行的工作:具体有:1、校核各项原始记录检查各次变形值的计算是否有误。可通过不同方法的验算、不同人员的重复计算来消除监测资料中可能带有的错误。2、原始资料的统计分析。可采用统计方法进行粗差检验。3、原始实测值的逻辑分析。根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性。 8.如何用一元线性回归分析法对变形资料进行检核? 答:1、利用式求得变量y和x的相关系数:查阅相关系数的临界值表:判断y和x线性相关是否密切。2、利用式na+[x]b-[y]=0[x]a+[xx]b-[xy]=0 (n:观测值的个数、[]:求和计算:求回归方程=a+bx的回归系数a,b,建立回归方程。3、在回归直线两侧根据2s画两条平行线:检查新的变形值是否出现在这两条直线所夹的区间内:当观测值超出这一区间时:应作专门分析。 9.变形观测资料整理的主要内容包括哪些?成果表达的形式有哪些? 答:内容:1、收集资料:如工程或观测对象的资料、考证资料、观测资料及有关文件等。2、审核资料:如检查收集的资料是否齐全:审查数据是否有误或精度是否符合要求:对间接资料进行转换计算:对各种需要修正的资料进行计算修正:审查平时分析的结论性意见是否合理等。3、填表和绘图:将审核过的数据资料分类填入成果统计表:绘制各种过程线、相关线、等值线图等:按一定顺序进行编排。 4、编写整理成果说明:如工程或其他观测对象情况、观测工作情况、观测成果说明等。 成果:文字、表格、图形:也可采用现代科技如多媒体技术、仿真技术、虚拟现实技术进行表达。变形监测、分析、预报的技术报告和总结是最重要的成果。 13.工程建筑物变形的原因是什么?工程建筑物变形监测的内容及意义是什么? 答:原因:建筑的自重、使用中的动载荷、振动或风力因素引起的附加载荷、地下水位的升降、地质勘探不充分、设计错误、施工质量差、施工方法不当等。 内容:1、垂直位移监测2、水平位移监测3、倾斜观测4、裂缝观测5、挠度观测6、摆动和转动观测 意义:1、掌握建筑物的稳定性:为安全运行诊断提供必要的信息:以便及时发现问题并采取措施。2、理解变形的

状态监测技术国内外研究现状调查报告

状态监测技术国内外研究现状调查报告

目录 1 检修的定义与检修体制的发展历程 (1) 2 状态监测国内外研究现状 (2) 2.1状态检修业务流程 (2) 2.2状态监测技术的分类与发展 (3) 2.2.1变压器在线监测技术 (3) 2.2.2电容型设备在线监测技术 (5) 2.2.3金属氧化物避雷器在线监测技术 (6) 2.2.4断路器和GIS设备在线监测技术 (6) 2.2.5交联聚乙烯电缆在线监测技术 (7) 2.2.6输电线路在线监测技术 (7) 2.2.7带电检测技术 (7) 2.3在线监测及带电检测技术在中国的应用现状 (8) 3 状态监测技术存在的问题 (8) 参考文献 (10) 附录A (12)

1 检修的定义与检修体制的发展历程 正常运行的设备可能会发生故障,要求对设备进行检修,日本工业标准JIS 对检修做了如下定义:“所谓检修,是指把产品保持在使用及运用状态以及为排除故障和缺陷所进行的一切处置及活动”。有效的检修应该能够降低设备故障的频率,减小设备故障的影响,延长设备使用寿命,对于电网企业来说,输变电设备的有效检修还可以提高供电可靠性,保证良好的供电质量,减少停电造成的经济损失,提升企业的社会影响与形象。因此,确保经济、合理、有效的设备检修方式对电网企业的发展意义深远。 工业发展从手工作坊到机械化和电气化,各个时期的设备管理与检修方式有很大的变化,一般来说可以概括为四个阶段,各阶段特点见表A-1。第一次产业革命时期对设备实行事后维修,运行人员兼做维修工作。第二次产业革命时期开始实行预防性计划检修,检修从生产中分离出来,形成相对独立的专业工作,产生了检修人员,有了专业性检修队伍。第三次产业革命时期推行考虑经济目标的检修,开始应用设备寿命周期费用概念进行设备管理。第四次产业革命时期正逐渐实施以设备状态监测和故障诊断为基础的状态检修,即基于设备状态的检修。从该表可以清楚地看到,设备检修体制是随着生产力的发展、科学技术的进步而不断演变的。它在很大程度上反映出生产力发展水平和技术管理水平的高低。在检修体制演变的过程中,根据不同的行业特点、不同的设备管理要求,出现了各种追求不同具体目标的检修方式。 事后维修(Corrective Maintenance)是当设备发生故障或其它失效时进行的非计划性维修。在现代管理设备要求下,事后维修仅用于对生产影响极小的非重点设备、有冗余配置的设备或采用其它检修方式不经济的设备。这种检修方式又称为故障维修。 预防性计划检修(Preventive Maintenance)是一种以时间为基础的预防检修方式,也称计划检修。它是根据设备磨损的统计规律或经验,事先确定检修类别、检修周期、设备检修内容、检修备件及材料等的检修方式。定期检修适合于已知设备磨损规律的设备,以及难以随时停机进行检修的流程工业、自动生产线设备。 状态检修(Condition Based Maintenance)是从预防性检修发展而来的更高层次的检修体制,是一种以设备状态为基础、以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。它根据设备的巡检、例行试验、在线监测、诊断性试验等方式提供的信息、经过分析处理,判断设备的健康和性能劣化状况及其发展趋势,并在设备故障发生前及性能降低到不允许极限前有计划地安排检修。 根据以上的定义可以看出,状态检修与事故检修均着眼于设备故障发生的时

计算机网络发展现状和方向

计算机网络发展现状和发展方向 计算机网络的发展: 计算机网络近年来获得了飞速的发展。20年前,在我国很少有人接触过网络。现在,计算机通信网络以及Internet已成为我们社会结构的一个基本组成部分。网络被应用于工商业的各个方面,包括电子银行、电子商务、现代化的企业管理、信息服务业等都以计算机网络系统为基础。从学校远程教育到政府日常办公乃至现在的电子社区,很多方面都离不开网络技术。可以不夸张地说,网络在当今世界无处不在。 1997年,在美国拉斯维加斯的全球计算机技术博览会上,微软公司总裁比尔盖茨先生发表了著名的演说。在演说中,“网络才是计算机”的精辟论点充分体现出信息社会中计算机网络的重要基础地位。计算机网络技术的发展越来越成为当今世界高新技术发展的核心之一。 网络的发展也是一个经济上的冲击。数据网络使个人化的远程通信成为可能,并改变了商业通信的模式。一个完整的用于发展网络技术、网络产品和网络服务的新兴工业已经形成,计算机网络的普及性和重要性已经导致在不同岗位上对具有更多网络知识的人才的大量需求。企业需要雇员规划、获取、安装、操作、管理那些构成计算机网络和Internet的软硬件系统。另外,计算机编程已不再局限于个人计算机,而要求程序员设计并实现能与其他计算机上的程序通信的应用软件。 计算机网络发展的阶段划分 在20世纪50年代中期,美国的半自动地面防空系统(Semi-Automatic Ground Environment,SAGE)开始了计算机技术与通信技术相结合的尝试,在SAGE系统中把远程距离的雷达和其他测控设备的信息经由线路汇集至一台IBM计算机上进行集中处理与控制。世界上公认的、最成功的第一个远程计算机网络是在1969年,由美国高级研究计划署 (Advanced Research Projects Agency,ARPA)组织研制成功的。该网络称为ARPANET,它就是现在Internet的前身。 随着计算机网络技术的蓬勃发展,计算机网络的发展大致可划分为4个阶段。 第一阶段:诞生阶段 20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2 000多个终端组成的飞机定票系统。终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘,无CPU和内存。随着远程终端的增多,在主机前增加了前端机(FEP)。当时,人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来,实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”,但这样的通信系统已具备了网络的雏形。 第二阶段:形成阶段 20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来,为用户提供服务,兴起于60年代后期,典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。主机之间不是直接用线路相连,而是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务,构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序,提供资源共享,组成了资源子网。这个时期,网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”,形成了计算机网络的基本概念。 第三阶段:互联互通阶段

现代变形监测重点内容与思考题答案

第1章变形监测概述 一、什么是工程建筑物的变形?对工程建筑物进行变形监测的意义何在? 工程建筑物的变形:由于各种相关因素的影响,工程建筑物及精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象,这些现象统称为变形。 变形监测:利用专门的仪器和设备测定建(构)筑物及其地基在建(构)筑物荷载和外力作用下随时间而变形的测量工作。 内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、温度变化的测量,动力特性及其加速度的测定等; 外部变形监测又称变形观测,其主要内容有建(构)筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。 意义:通过变形监测,可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性,及时发现问题,确保工程质量和使用安全; 更好地了解建(构)筑物变形的机理,验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说,建立正确的变形预报理论和方法; 以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。 二、工程建筑物产生变形的主要原因,及变形的分类? 原因:(1) 自然条件及其变化:建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化,以及相邻建筑物的影响等。 (2) 与建筑物本身相联系的原因:如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。 (3) 由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷,还会引起建筑物产生额外变形。 分类:(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形 三、变形监测的主要任务和目的? 任务:是周期性地对拟定的观测点进行重复观测,求得其在两个观测周期间的变化量;或采用自动遥测记录仪监测建(构)筑物的瞬时变形。 目的:(1)监测——以保证建(构)筑物的安全为目的,通过变形观测取得的资料,可以监视工程建筑物的变形的空间状态和时间特性;在发生不正常现象时,可以及时分析原因,采取措施,防止事故发生,以保证建(构)筑物的安全。(变形的几何分析) (2)科研——以积累资料、优化设计为目的,通过施工和运营期间对建筑物的观测,分析研究其资料,可以验证设计理论,所采用的各项参数与施工措施是否合理,为以后改进设计与施工方法提供依据。(变形的物理解释) 四、高层建筑的主要变形特点? (1)基础较深,需进行基坑回弹测量(2)沉降量较大,需进行沉降观测(3)楼体高力矩大,需进行倾斜观测(4)风荷载大,需进行风振测量(5)墙体温差大,需进行日照变形观测 五、制约变形监测质量的主要因素有哪些? (1)观测点的布置;(2)观测的精度与频率;(3)观测所进行的时间。 六、确定变形监测精度的目的和原则? 变形监测的精度,取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度,因其与观测条件和待测建(构)筑物的类型以及观测的目的相关。 七、确定变形监测的频率主要由哪些因素决定?应遵循什么原则? (一)因素:观测的频率取决于变形值的大小和变形速度,同时与观测目的也有关系。(二)原则: 1.变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程,又不遗漏其变化的时刻为原则,根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。

论GPS变形监测技术的现状与发展趋势_胡友健

第31卷第5期 2006年9月 测绘科学 Sc i ence o f Survey ing and M app i ng V o l 131N o 15 Sep 作者简介:胡友健(1960O ),男,工学博士,教授,现主要从事GPS 技术在工程与灾害监测中的应用研究;近3年内主编《全球定位系统(GPS )原理与应用》,发表论文10余篇。E O m a i:l huyouji an @cug 1edu 1cn 收稿日期:2005O 11O 16 基金项目:中国地质大学留学回国人员科研基金项目资助(CUGLX0505082) 论GPS 变形监测技术的现状与发展趋势 胡友健① ,梁新美① ,许成功 ② (①中国地质大学工程学院,武汉 430074;②郑州经济管理干部学院,郑州 450000) 【摘 要】全球定位系统GPS ,以其连续、实时、高精度、全天候测量和自动化程度高等优点,在变形监测中的应用越来越广泛。然而,目前GPS 在变形监测方面的应用也存在不足和局限性。本文首先对常规大地测量技术、特殊变形测量手段、摄影测量技术和GPS 技术用于变形监测的现状及其特点进行总结,然后对目前GPS 用于变形监测的模式、数据处理方法及其存在的问题作一介绍和分析,最后探讨G PS 变形监测技术的发展趋势。【关键词】GPS ;变形监测;应用现状;发展趋势【中图分类号】P228;P258 【文献标识码】A 【文章编号】1009O 2307(2006)05O 0155O 03 1 引言 现实世界中许多灾害的发生与变形有着极为密切的联系,例如地震、溃坝、滑坡以及桥梁的垮塌等等,都是典型的变形破坏现象。因而,变形监测研究在国内外受到了广泛的重视。随着各种大型建筑的大量涌现以及滑坡等地质灾害的频繁发生,变形监测研究的重要性更加突出,推动着变形监测理论和技术方法的迅速发展。目前,变形监测正向多门学科交叉联合的边缘学科方向发展,成为相关学科的研究人员合作研究的领域。已有的研究工作涉及地壳形变、滑坡、大坝、桥梁、隧道、高层建筑、结构工程及矿区地面变形等。 随着科学技术的进步和对变形监测要求的不断提高,变形监测技术也在不断地向前发展。全球定位系统G PS 作为20世纪的一项高新技术,由于具有定位速度快、全天候、自动化、测站之间无需通视、可同时测定点的三位坐标及精度高等特点,对经典大地测量以及地球动力学研究的诸多方面产生了极其深刻的影响,在工程及灾害监测中的应用也越来越广泛。然而,目前G PS 在变形监测方面的应用也存在不足和局限性。本文首先对常规大地测量技术、特殊变形测量手段、摄影测量技术和GPS 技术用于变形监测的现状及其特点进行总结,然后对目前GPS 用于变形监测的模式、数据处理方法及其存在的问题作一介绍和分析,并探讨其发展趋势。 2 变形监测技术概述 变形监测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS 技术。在20世纪80年代以前,变形监测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量,是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值,其优点是:①能够提供变形体整体的变形状态;②适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的监测环境;③可以提供绝对变形信息。但外业工作量大,布点受地形条件影响,不易实现自动化监测。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变 形、容易实现自动化监测等优点,但通常只能提供局部的和相对的变形信息。 摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。近10余年来,近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了应用,其监测精度可达到mm 级[1,2]。与其他变形监测技术相比较,近景摄影测量的优点是:①可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系;②可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测;③相片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析;④监测工作简便、快速、安全。近几年发展起来的数字摄影测量技术,也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用[3,4],并显示出良好的应用前景。此外,空中摄影测量技术亦在较大范围的地面变形监测中得到了应用[5]。但由于摄影距离不能过远,且大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备,摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。 G PS 技术的应用给测量技术带来了一场深刻的革命。据资料介绍,国外从20世纪80年代开始用GPS 进行变形监测[6]。从90年代以来,世界上许多国家纷纷布设地壳运动G PS 监测网,为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。例如,日本国土地理院从1993年开始了GPS 连续观测网的筹建工作,到1994年日本列岛已建立由210个GPS 连续观测站组成的连续监测系统(CO S MO S),目前的观测站总数已发展到1000多个[7]。该系统于1994年10月1日正式起用,10月4日就监测到北海道东部近海811级大地震,并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后,又成功地捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995年1月17日,在日本阪神712级大地震后,该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大的作用。 G PS 技术是监测地壳形变和板块运动的有效手段。我国在利用G PS 进行地壳形变监测方面起步较早。从1990年开始,先后建立了多个全国性的GPS 监测网(包括中国地壳运动观测网络、国家GPS A 级网等)和主要活动带的区域性G PS 监测网(包括青藏和喜马拉雅山地区、川滇地区、河西和阿尔金地区、新疆和塔里木地区、华北地区和福建沿海地区的G PS 监测网等),进行了多期的复测和连续观测,并利用这些资料首次建立了定量的中国大陆及其周围地区地壳运动的速度场,给出了中国大陆地壳水平运动的基本特征,得到了中国地壳水平运动呈现明显的非均匀性,西强东弱,西部地区的地壳运动受印度板块强烈冲击呈现南北向缩短、东西向伸展、有明显块体特点等重要结论[8O 11]。 在大坝外观变形监测方面,已成功地建立G PS 自动化监测系统。我国在青江隔河岩大坝建立的GPS 自动化变形监测系统,由数据采集、数据传输、数据处理与分析3大部分组成[12]。数据传输部分及时准确地传输观测资料及有关信息(观测值、卫星星历)到控制中心,也能在总控室中对各接收机进行遥控(譬如:开机、关机、改时段长度、设置采样率、截止高度角等参数)。数据处理及管理部分主要

变形监测技术在桥梁监测中的应用

变形监测技术在桥梁监测中的应用 摘要:桥梁的建设展示了我国大桥梁发展的最新技术水平和成就,代表了大桥梁发展方向,使我国公路桥梁建设步人世界先进行列,并对促进区域经济繁荣和发展,完善国道主干线网起到十分重要作用,并产生了巨大的经济效益和社会效益。本应用研究通过对江阴长江公路大桥的沉降和水平位移监测,探讨变形监测理论在实际工程问题中的应用,通过合适的数据处理方法,分析和总结桥梁变形的规律,为桥梁的养护、管理和决策提供依据和指导。 关键字:变形监测技术、桥梁监测、应用 一、引言 近年来,随着我国桥梁建设事业的迅猛发展,桥梁结构和形势日趋复杂,规模也越来越大,桥梁的施工正朝着超大化的方向发展,对其进行变形监测也就显得尤为重要。变形监测是对被监测的对象或物体进行测量,以确定其空间位置及内部形态随时间的变化特征。其主要意义是分析和评价建筑物的安全状态、验证设计参数、反馈设计施工质量、研究正常的变形规律和预报变形。桥梁的变形监测是对桥梁整体性能的监测,其基于工程测量的原理、技术和精密测量仪器,对桥梁在垂直方向和水平方向的位移变形进行定期或实时监测,并通过绘制相应的位移变形影响线或影响面来监测桥梁各部位位移的变形状态,预测其变形规律,为桥梁的维修、养护和管理决策提供依据和指导。 二、桥梁变形监测发展现状 2.1桥梁结构变形监测内容 2.1.1垂直位移监测内容 桥梁结构竖向位移主要包括梁式桥施工期间桥墩、梁体以及运营期间桥墩、桥面的竖向位移测量;拱桥施工期间的桥墩、拱圈以及运营期间的桥墩、桥面垂直位移;悬索桥、斜拉桥施工期间索塔、梁体、锚碇以及运营期间索塔、桥面垂直位移;桥梁两岸边坡垂直位移。 2.1.2水平位移监测内容 桥梁结构水平位移监测主要包括梁式桥施工期间梁体以及运营期间桥面的水平位移监测;拱桥施工期间的拱圈以及运营期间的桥面水平位移监测;悬索桥、斜拉桥施工期间索塔倾斜,塔顶、梁体、锚碇以及运营期间索塔倾斜、桥面水平位移;桥梁两岸边坡水平位移。 2.2 桥梁结构变形监测控制测量 2.2.1 垂直位移监测控制测量 高程控制测量等级的划分,依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量;四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量,五等也可采用GPS 拟合高程测量。 首级高程控制网的等级,应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网,加密网应布设成符合路线或节点网。 特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个;其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。 高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。高程基准点、工作基点之间宜便于进行水准测量。当使用电磁波测距三角高程测量方法进行观测时,宜使各点周围的地形条件一致。当使用静力水准测量方法进行沉

中国互联网的现状与发展趋势

中国互联网的现状与发展趋势 互联网的发展始于冷战时期,在60年代末期由于美苏之间的全球争霸,为了预防核战争对本国通信系统的影响,美国开始研究如何防止核打击。这也是互联网研究的一个最基本理念——在遭受一次核打击之后,能够迅速恢复并保持通信不被中断。互联网的前身是美国陆军网络APRANET——先进网络基础结构,这个网络与传统的通信网有很大的差别。传统通信网的发展经过了磁石、步进、纵横最后发展到程控,直到现在的ISDN、BSDN、ATM等等移步转移模式这样一个宽带网络的发展趋势,再下一步可能就是NTN这种互联网络结构。 首先,互联网是没有中心的,互联网的结构是无中心的结构,这也是为了当初一个最基本的目的,没有任何一个打击能够把它的中心控制部门摧毁,它的每一个结点、每一个连接点在遭受打击之后都能够与其他结点迅速恢复并进行通信。 第二,互联网的寻址方式是全球寻址,也就说它的地址资源是在全球进行统一的配制的。现在大家所使用的互联网是IPV4的网络,这个网络现有的地址总数大概在40多亿个。互联网是由美国开发演进而产生出来的,所以网上地址资源、地址资源的分配实际上也是由所美国所控制的。现在美国所拥有的IP地址总数有20多亿,近30亿个,占全球的74%左右。中国现在拥有非常少的地址资源,也就5000万左右,只占1%多一点。 互联网在刚开始发展的时候是军方的一个系统,然后演进并逐步扩大它的应用。开始是四家大学进行互联,然后扩展到13个点,形成了10个美国国内辅根服务器放置地点。在此之后互联网尽管应用于教育和科研部门,但它的快捷性和便利性使得越来越多的部门包括许多政府部门应用起来。在商业部门开始参与之后,互联网商业化的趋势不可避免。在这种情况下,美国联邦调查局曾在1984年进行过一次调查,要求美国所有参与互联网的研究机构和当时与互联网互联的机构就以下问题提出意见和建议,如果美国把互联网推向全世界,它对美国的安全、发展会有什么影响,会有哪些不利方面,大家的建议是什么。在中国互联网协会筹备前后我们也曾与美国互联网的机构和美国一些研究互联网TCP/IP协议的专家进行沟通,他们也谈到这件事,很多人提出了建议,其中就包括互联网建立之后可能会产生的问题,如现在大家所看到的象网络病毒、黑客攻击等,这些事情在当时都有预见。在综合平衡各种意见之后,美国政府决定还是把互联网商业化,推向全球。在这里我们可以看到美国的思维和贡献,美国对互联网在全球的应用、对网络为全世界的发展做出了重要的贡献,同时美国在互联网的发展过程中把它自己的思维、自己的意志力植入到了互联网的各个领域。尤其是最基础的寻址方式,因为互联网的地址资源关系到整个互联网的发展空间。现在,地址资源由ICANN这个组织进行全球分配,ICANN是全球域名和数字资源分配的机构,这个机构是美国专门成立的,它的前身是IANA,是专门成立起来用于全球互联网资源分配的。美国的目的很清楚,就是要把互联网控制起来。那它采取的是什么方式呢,这是美国和别的国家思维不一样的地方,它提出互联网是无国界、无管理、无法律、无政府的,是民间产生的一个网络。ICANN是一个民间组织,民间组织的特点是尽管有政府部门的参与,但政府只被当作是一个政府咨询委员会,不起决定作用,由ICANN理事会的19名成员决定全球网络地址资源分配政策。通过这一点,它就可以把全球地址资源的政策掌握在自己手里。ICANN与美国商务部签订协议,由美国商务部授权它进行互联网地址的分配,ICANN在互联网管理方面制定的任何政策都必须经过美国商务部的同意。通过这一点就可以避免其它政府通过联合国或其它政府间组织去呼吁在互联网上各国应该平等的这类倡议,同时又把全球的地址资源掌握在自己的手里。对于这一点我们和世界各国都很清楚。所以从98年、99年开始在接入互联网、应用互联网之后,全球普遍要求对当时的IANA进行改革。原来ICANN的所有理事全部由美国人担任,现在则由五大洲的网民投票推举理事,中国科学院的钱华林研究员在去年6月23日经

变形监测技术要求

针对目前变形监测项目应符合以下规范要求 基坑开挖对临近轻轨高架结构的影响主要集中在以下方面:一是坑外土体的位移;二是既有高架桥与基坑相对位置的关系;三是轻轨高架上下部的结构关系;四是轻轨高架的结构基础和埋深情况。五是轻轨高架自身的结构自重和轻轨高架中动载荷的控制与变化情况等。基坑周边轻轨高架在基坑开挖中的变形情况是复杂的,变形的原因是多元的,变形的效果是动态的。在实践工程中,基坑开挖将要造成土体的不均匀沉降和水平方向的位移,不仅要做好岩土工程计算,制定可行性基坑开挖方案,同时还要做好变形监测工作,防止各种因素对轻轨高架桥产生的影响。对于建筑基坑施工对周边轻轨高架的变形影响,高程和平面控制可参考规范二级要求。 变形监测应设置平面和高程基准点,要求设置在变形区域以外,位置稳定、易于长期保存的地方,并应定期复测。复测周期应视基准点所在位置的情况而定,在建筑基坑施工过程中宜1~2月复测一次,点位稳定后宜每季度或每半年复测一次。 1、沉降观测的高程基准点不应少于3个,应与工作基点形成闭合环或附合线路。高程基准点和工作基点布设应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器震动区以及其他可能使标石、标志易遭腐蚀或破坏的地方,其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2倍。当使用静力水准测量方法测量沉降时,用于联测观测点的工作基点宜与沉降观测点设在同一高程面上,偏差不应超过±1cm。不能满足这一要求时,应设置上下高程不同但位置垂直对应的辅助

点传递高程。实际工作中采用精度不低于1mm级水准仪配合铟瓦尺或条码尺进行水准测量,观测方式其中高程控制测量、工作基点联测及首次观测值应采用往返测或单程双测站法,其他各次沉降观测点可采用单程观测或单程双测站法。起始点高程宜采用测区原有高程系统。较小规模的监测项目可假定高程系统,较大规模的项目宜与国家水准网联测。二级水准视线长度应≤50m,前后视距差≤2.0m,前后视距差累积≤3.0m,视线高度(下丝)≥0.3m。用数字水准仪观测时最短视线长度不宜小于3m,最低水平视线高度不应低于0.6m。限差要求往返较差及附合或环线闭合差≤1.0√n(mm),单程双测站所测高差较差≤0.7√n(mm),检测已测段高差之差≤1.5√n(mm)。n为测站数。用于运营阶段的结构、轨道和道床的垂直沉降监测点高程中误差±0.5mm,相邻监测点高程中误差±0.3mm。同一项目在不同周期进行变形监测应采用相同的观测路线和观测方法,使用相同的仪器和设备,并应固定观测人员。首次观测应独立观测2次取平均值作为初始值。监测频率可按照设计要求结合基坑施工进度进行拟定,当发生较大沉降时可加密监测频率;连续一个月沉降趋势趋于稳定状态(无沉降差,纯属仪器误差)的情况下,可要求减少监测频率。在项目开始前和结束后应对使用的水准仪、水准标尺进行检验,二级水准观测仪器i角不得大于15”。水准仪i角的测定办法,如图所示:

外文翻译--变形监测研究现状综述

附录: Distortion monitor research present situation summary [ Abstract ] this article on from distortion monitor technology, monitor data thick difference recognition, displacement analysis and distortion forecast and so on several aspects, summary distortion jail Measured the research the present situation, carries on the thorough analysis to the existing distortion monitor theory and the technical method serviceability and its the existence question, and discusses its development tendency. [ Key word ] distorts the monitor;The displacement analyzes;Distortion forecast;Research present situation 1 introduction The distortion (Deformation) is refers to the deformable body in under each kind of influence factor function, its shape, size and position in time air zone change. The nature has each kind of form the distortion, like the earth's crust deformation, the landslide, mining cave in, the high-rise construction swings as well as the dam distortion and so on. Studies and in the project domain distortion said, when the distortion quantity does not surpass the certain scope, cannot cause the harm, but when the distortion quantity surpasses the permission scope which the deformable body can withstand, then often can bring the serious disaster. The earthquake, the volcaniceruption, the crag collapse, the landslide, the dam and the bridge breaks down collapses and so on, all is the typical distortion destruction phenomenon. These disasters occurrences, seriously harm humanity's life and property security, the various countries every year therefore suffers massive loss. Because many disaster soccurrences and the distortion have the extremely close relation, thus, the distortion monitor research in domestic and foreign has received the widespread value. 2 distortions monitors technology Along with the science and technology progress and to the distortion monitor request unceasing enhancement, the distortion monitor technology also in unceasingly develops. Before 1980s, the distortion monitor mainly is uses the convention ground survey technology and certain special survey methods. The convention ground survey, is uses routine measurement instrument station the and so on the altazimuth, level, distance gauge, entire

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