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自然界中存在各种形式的变形，许多灾害(地震、滑坡、岩崩、泥石流、溃坝和建筑物的倒塌等)的发生与变形有着极为密切的联系。因此，对变形监测理论和方法的研究，在国际上受到了广泛的重视。变形监测研究主要涉及到变形信息的获取、分析、解释和变形的预报，其意义主要表现在两个方面：一是实用意义，即掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取相应的对策和措施，防止灾害的发生或最大限度地减少灾害造成的损失；二是科学意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。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到地壳形变、滑坡、大坝、桥梁、隧道、高层建筑、结构工程以及城市和矿区的地面变形等。
GPS定位技术用于变形监测的关键问题，是如何针对被监视对象的特点和监测工作的具体要求，采用相应的监测数据采集与处理模式，通过对观测数据进行科学、合理、有效的处理和分析，足够精确、可靠地获得被监测对象的变形量。近年来，这一问题已成为国内外的研究热点，并已取得有价值的研究成果。但是，GPS连续运行参考站网络在变形监测分析和灾害预报及防治方面的应用，还需要对数据处理分析与变形信息提取的理论、方法和各个环节的误差影响特性及其规律进行深入研究，而多用途的GPS连续运行网络综合服务系统在实时动态变形监测方面的应用，更值得进一步研究和探讨。
本文较系统地研究了基于CORS的变形监测理论和方法，主要研究内容及取得的研究成果如下：
1.CORS的静态相对定位精度及其稳定性
在理论上，GPS的静态相对定位精度与观测时间之间应当存在某种函数关系。但是，从纯理论角度研究GPS的相对定位精度与观测时间之间的定量关系式极为困难。作者在对GPS的相对定位精度进行理论分析的基础上，利用大量的GPS连续运行参考站网络的观测数据和统计分析方法，对GPS网络的解的精度、稳定性及其收敛性等重要特征进行深入细致地研究，得出了如下主要结论：(1)GPS连续运行参考站网络的解的精度及其稳定性与数据量之间存在密切的相关关系，其定量关系式可以采用回归分析方法来建立；(2)对于平均基线长度为数百km、最长的基线边超过1000km的GPS网络，其在6小时以内的解的精度和稳定性不高，当数据量达到12小时以后，解算结果及其精度趋于稳定；(3)单日解(24小时解)具有很高的稳定性，其坐标精度优于±5mm；(4)GPS网络的解随着数据量的增加而收敛于单日解。这些结论不仅对CORS在变形监测中的合理利用以及GPS网的观测方案的合理设计具有重要的参考价值，而且具有一定的理论意义。
2.变形监测数据处理时间间隔的合理确定利用GPS进行变形监测的作业方式可分为周期性和连续性(EpisodicandContinuousMode)两种模式。采用周期性监测模式进行变形监测，必须合理确定监测周期。如果确定的监测周期过短，位移量将被测量误差所掩盖，难以正确地提取变形信息。对基于CORS的变形监测来说，由于观测工作是连续不断地进行，监测周期即为数据处理的时间间隔。以往确定变形监测周期，主要是依据经验，存在很大的主观随意性和盲目性。本文应用概率统计原理，分析研究了变形监测精度、数据处理时间间隔及位移速度之间应满足的理论关系，为合理确定变形监测数据处理时间间隔提供了理论依据。在此基础上，针对目前板块运动和滑坡监测的特点，提出地壳运动监测的数据处理时间间隔可为一年，而滑坡变形监测的数据处理时间间隔应分两种情况确定：(1)在滑坡体缓慢变形和变形发展阶段，由于位移速度小，可根据位移速度的大小和实际的位移监测精度，按本文给出的理论关系式确定合理的数据处理时间间隔；(2)在变形加剧和急剧变形阶段，由于位移速度快，应根据位移量的大小、变形发展趋势、季节变化以及国内外的滑坡监测经验等，适时地确定数据处理的时间间隔，以便及时地捕捉到临滑特征信息，为进行临滑时间的预测预报提供可靠的数据，必要时可采用基于CORS的实时动态变形监测方法。此外，分析并提出了大坝等周期性变形体的监测数据处理时间间隔的合理确定方法。
3.变形分析基准的合理选择与统一方法在变形监测数据处理与分析中，确定合理和统一的变形监测基准至关重要。如果基准不统一，将使不同基准之间的系统误差与形变量混在一起，很可能得出错误的分析结果。如果选择的基准不合理，难以清晰地显示形变图象，将给变形分析带来极大的困难，或者使变形分析结果失去意义。由于GPS定位采用的坐标系统是基于先进的VLBI、LIR、SLR、GPS和DORIS等空间技术建立起来的全球统一的、三维的和动态的国际地球参考框架，且在GPS技术发展的不同时期采用了不同的坐标参考框架，而不同参考框架之间存在系统性偏差，这种偏差对于高精度的变形监测，通常是不能忽视的。为此，本文对采用GPS协议地球坐标系ITRF和WGS-84以及所谓的固定不动点作为变形基准的特点及其适用性进行了对比分析，重点研究提出了采用ITRF作为变形分析基准时的坐标参考框架的转换与统一方法，并进行了实例计算与分析。
4.变形量的显著性检验方法现有的位移显著性检验方法，如单点位移显著性检验、整体位移显著性检验和变形误差椭圆检验，用于基于CORS的变形监测的位移显著性检验，都存在不足之处。首先，t检验法和平均间隙法的检验过程和结果都不直观，且不能用于两期监测精度不同时的位移检验，而实际上，严格说来，任意两期变形监测都不可能是等精度的。变形误差椭圆法虽然直观，但是，需要将GPS监测点在协议地球坐标系(ITRF或WGS-84)中的三维坐标转换到地方平面和高程系统中，由于坐标转换过程中会引入误差，当转换误差较大而变形量较小时，将导致位移检验分析结果不正确。另外，用现有方法进行位移检验分析，都是将客观上的空间位移问题，人为地转化为一维或二维平面位移问题来分析，这就使得位移检验分析的严密性和GPS可以同时精确测定三维位移的优越性受到损害。本文研究提出了直接在ITRF、WGS-84或与其坐标精度相当的其它空间三维地心坐标参考框架下进行位移显著性检验的“变形误差椭球法”，将以往的一维和二维位移检验扩展到空间三维位移检验，严密地推导了有关理论公式，并用实例分析验证了“变形误差椭球法”的检验结果的合理性与可靠性。此外，为便于该变形检验分析方法的实际应用，利用VC++语言编制了空间变形显著性检验分析软件系统(KJBXJYS)。
5.基于CORS的实时动态变形监测方法GPS连续运行参考站网络综合服务系统，一般其部分基准站可提供cm级精度的实时动态(RTK)定位服务，这为利用CORS进行实时动态变形监测提供了条件。但是，常规RTK方法的定位精度会随着流动站到基准站之间的距离的增大而迅速降低，当其间距大于50km时，常规RTK的单历元解的精度一般只能达到dm级的定位精度。由于GPS连续运行参考站网络的基准站间距一般在几十km到几百km以上，利用CORS中的差分基准站进行常规RTK实时动态变形监测，当监测地点离基准站较远(如大于30km)时，其监测精度不能满足动态变形监测的需要。本文研究了基于GPS连续运行参考站网络的高精度实时动态变形监测方法，讨论了整周模糊度的解算，设计了较为理想的试验研究方案。通过模拟试验，验证了基于CORS的动态变形监测方法的可行性和有效性，这为进一步研究利用CORS的数据资源进行工程变形及滑坡、岩崩、泥石流等地质灾害的监测与预报，提供了理论和实验基础。
6.小波理论在GPS变形监测分析中的应用诞生于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Fourier分析后的突破性进展。应用小波方法进行时频分析，可望有效地求解变形的非线性系统问题，通过小波变换有效地提取变形特征。但这一研究领域才刚刚起步，在变形分析方面尚无实质性的研究成果。在第21届国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)大会上，国际大地测量协会(IAG)将“小波理论及其应用”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IUGG大会上，“小波理论及其在大地测量和地球动力学中的应用”再次被IAG确定为GIV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。在理论上，小波分析为高精度变形特征的提取提供了一种数学工具，可以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。为此，本文对小波理论在GPS变形监测数据处理与分析中的应用进行了探讨。根据小波消噪理论，对卫星测量双差解的点位坐标进行降噪处理，从而获得了降噪后监测阵列各点的缓慢变形信号。重点讨论了小波分解高频系数的阈值量化问题，设计了一个基于MATLAB语言的GPS监测数据处理的小波分析系统的基本流程，并结合一个大坝GPS连续变形监测的实例，进行了具体的计算和分析，得出了有意义的结论。