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摘要：目前，GPS技术应用迅速发展，其作为全新的空间定位系统，在很多领域取代传统的测量方法。其更是在变形监测领域，尤其是对矿区变形监测得以广泛运用。在实际操作中，GPS不但可以减少相关测试工作难度，提升测试效率，而且可以通过合理处理并分析相关变形数据，能揭开地表移动的非线性特点，并对地质灾害和相关工程构建物进行安全评估、变形预测以及灾害防护等。
关键词：GPS；变形监测；基线
中图分类号： A715 文献标识码： A
一、什么是GPS
GPS是Global Positioning System（即全球定位系统）的缩写。它通过对高速移动的卫星瞬间位置并以此为起算数据，采取空间距离后方交会法，从而可以确定待测点的位置一种测量手段。目前，GPS技术应用迅速发展，其作为全新的空间定位系统，在很多领域取代传统的测量方法。经过数十年的维护及更新，逐渐完善，不但可以对各种动态或静态对象提供精确的三维空间坐标、精确授时以及速度矢量等信息，而且在地质测量、地壳变形监测、国土资源勘查等领域也能发挥重大作用。
近些年，各种突发性自然灾害或矿难，严重威胁着人民生命财产安全，并可能造成不可估量的损失。其中的代价和教训是深刻的。因而在难以实时检测并捕捉分析以获取相关灾害前兆的情况下，拥有定位精度准、观测时间短、全球性和自动化等等特征的GPS技术，并结合现当代网络通讯、数据库、计算机等先进技术，实时进行远距离的变形监测，从而成为各大工程或矿区的变形监测及预警的核心技术是有着特别重大和现实意义。下面将着重探究分析对于矿区，GPS在变形监测领域的应用。
二、矿区GPS变形监测
（一）变形检测数据处理方法
1.变形监测数据处理
当前，GPS技术广泛运用于变形监测的同时，数据处理的方法也日渐多样化，例如小波变换法、动态卡尔曼滤波法、静态数据处理法、单历元解算法和神经网络法等。下面，我们将以静态数据处理法为基础，总结如何对矿区GPS的变形监测网中的数据进行处理。
2.建立GPS变形监测网
实际过程中，矿区GPS变形监测网不但要对井下开采引起的地表移动进行监测，还须对矿区的多矿井开采引起的大片区地表移动进行详细监测。因此，我们需要在矿区大片变形区域的周边，选择5至7个相对稳定的基准点；如在变形区域难以找寻到相对稳定的基准点，就可以采取在相对远离它的周边位置建立不少于4个稳定的基准点；再者要是变形区域范围较大，无法确定基准点时，则可以选择一个点并以此作为固定的基准点。但是，不论什么情况，其基准点都必须设在相对应的变形带，而且，基准点和监测点不能选择在周边有干扰GPS信号的位置，例如周边有无线电发射器、高大的建筑物或者高压线等。
3.基线解算
当接受到GPS变形监测网的数据，并对其进行基线解算的时候，我们可以运用例如GAMIT等高精度的基线解算软件。当然，有些情况下，我们对基线解算的精度要求不高，这时可以运用GPS接收器自带的软件进行解算。
4.抗差估计
因为通过转换经典自由网平差成果，可以得到秩亏自由网平差成果和拟稳平差成果，所以在对不同时期的GPS检测网做经典自由网平差的时候，消除观测值中粗差对平成果的干扰，那么也就消除了粗差对秩亏自由网平差成果以及拟稳平差成果的观测值干扰，使得变形分析的结果能过和实际情况保持一致，在此，就可以运用抗差估计的方法来达到这一目的。
5.基点稳定性分析
在变形监测网中，如果选取不同的参考基准点，那么将会用到不同的平差方法，從而会得到截然不同的位移场。所以，矿区的变形实则是参考基准点的选取，只有在参考基准点选取较稳定的情况下，其所求的位移才与实际位移相同。因此，变形网在进行周期观测，其点差是由于什么原因引起的，我们必须正确区分出来，这就需要对基点位稳定性警醒分析，除此之外，点位稳定性分析可以提供较稳定的基准信息，用以选择固定基准、拟稳基准或重心基准。
6.计算平差
GPS变形监测网在进行平差处理时，有动、静态平差两种方法。静态平差就是分别对每个时期观测的数据进行平差处理，通过规定的基准进行变形分析；而动态平差则将监测网拟作动态系统，引用监测点变形参数，对不同时期的数据进行合并平差处理。一般地，实际工程中均采取静态平差法，比如秩亏自由网平差和拟稳平差等等。在实际变形分析，我们应了解平差法所定义的参考点是否满足实际变形情况而择取相应的平差方法，比如在监测网所有的基点伴有极小的随机变动，我们就可以选择秩亏自由网平差加以分析实际的变形情况。
7.统一变形分析基准
在GPS变形监测网中，相对锁定多个已知基准点的平差，GPS观测点则会引入已知基准点的误差。因此，不同时期当基线解算有了统一的位置基准以后，不同时期分别固定一个一直基准点的自由平差，再将每期结果与之进行坐标变换，这样更能实际反映出变形的情况，即使这样对位置基准做了统一，但依旧会对其出现较小影响。为了合理运用不同时期的平差结果并加以变形分析，则须对方位和尺度基准进行统一，其方法包括多项式拟合法、坐标系统转换法等。
8.变形分析
在以上步骤之后，运用抗差估计来计算和监测点相同时期间的三维变形值、累积变形量，并以此预测变形的趋势，绘出变形图。
（二）数据处理软件选取
GPS变形监测的观测精度高，数据量大，数据处理分析繁琐，所以在对其做数据处理的难度更是繁杂，所以，选取能够处理GPS监控技术的数据的软件并引之为变形监测体系，在变形监测过程中更是重中之重。
不同的应用，其研发的软件处理系统也大不相同。因此，在选取GPS变形监测数据处理系统时，结合矿区实际特点，其应具有以下特点:第一，能接受随机软件结算的基线向量文件，然后自识别并生成该系统格式的数据文件，并且能人工输入观测或已知数据；其二，应对三种不同的平差解算，能将相同时间里观测经典平差成果转换为拟稳平差成果和秩亏自由网平差成果；再者拥有数据库功能，能人工干预处理过程中的全部数据；然后，具有较丰富的成果输出类别，不但可以提供报表及文件传输，还可以生成变形曲线图；最后能对观测值进行抗差估计以及分析基点稳定性，保障每个时期平差结果的正确性，可以运用坐标系统转换来统一不同时候平差基准，从而得到较为实际的分析结果。
三、结束语
随着GPS实时监测，对矿区地表移动提供在及时数据处理和变形分析，运用相关系统，再结合高精度的基线解算软件，不但可以满足矿区工程对于精度的需求，更减少了原来的工作时间和难度。GPS技术在变形监测领域的应用，将具有更为美好的未来。
参考文献：
[1]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.
[2]汪新. GPS变形监测数据处理方法的研究[D].西南交通大学,2013.
[3]陈文涛. 矿区GPS变形监测应用研究[J]. 太原科技,2008,06:88-89+92.
[4]栾元重,韩李涛. 矿区GPS变形监测与变形分析[J]. 测绘工程,2002,02:49-51.
关键词：GPS；变形监测；基线
中图分类号： A715 文献标识码： A
一、什么是GPS
GPS是Global Positioning System（即全球定位系统）的缩写。它通过对高速移动的卫星瞬间位置并以此为起算数据，采取空间距离后方交会法，从而可以确定待测点的位置一种测量手段。目前，GPS技术应用迅速发展，其作为全新的空间定位系统，在很多领域取代传统的测量方法。经过数十年的维护及更新，逐渐完善，不但可以对各种动态或静态对象提供精确的三维空间坐标、精确授时以及速度矢量等信息，而且在地质测量、地壳变形监测、国土资源勘查等领域也能发挥重大作用。
近些年，各种突发性自然灾害或矿难，严重威胁着人民生命财产安全，并可能造成不可估量的损失。其中的代价和教训是深刻的。因而在难以实时检测并捕捉分析以获取相关灾害前兆的情况下，拥有定位精度准、观测时间短、全球性和自动化等等特征的GPS技术，并结合现当代网络通讯、数据库、计算机等先进技术，实时进行远距离的变形监测，从而成为各大工程或矿区的变形监测及预警的核心技术是有着特别重大和现实意义。下面将着重探究分析对于矿区，GPS在变形监测领域的应用。
二、矿区GPS变形监测
（一）变形检测数据处理方法
1.变形监测数据处理
当前，GPS技术广泛运用于变形监测的同时，数据处理的方法也日渐多样化，例如小波变换法、动态卡尔曼滤波法、静态数据处理法、单历元解算法和神经网络法等。下面，我们将以静态数据处理法为基础，总结如何对矿区GPS的变形监测网中的数据进行处理。
2.建立GPS变形监测网
实际过程中，矿区GPS变形监测网不但要对井下开采引起的地表移动进行监测，还须对矿区的多矿井开采引起的大片区地表移动进行详细监测。因此，我们需要在矿区大片变形区域的周边，选择5至7个相对稳定的基准点；如在变形区域难以找寻到相对稳定的基准点，就可以采取在相对远离它的周边位置建立不少于4个稳定的基准点；再者要是变形区域范围较大，无法确定基准点时，则可以选择一个点并以此作为固定的基准点。但是，不论什么情况，其基准点都必须设在相对应的变形带，而且，基准点和监测点不能选择在周边有干扰GPS信号的位置，例如周边有无线电发射器、高大的建筑物或者高压线等。
3.基线解算
当接受到GPS变形监测网的数据，并对其进行基线解算的时候，我们可以运用例如GAMIT等高精度的基线解算软件。当然，有些情况下，我们对基线解算的精度要求不高，这时可以运用GPS接收器自带的软件进行解算。
4.抗差估计
因为通过转换经典自由网平差成果，可以得到秩亏自由网平差成果和拟稳平差成果，所以在对不同时期的GPS检测网做经典自由网平差的时候，消除观测值中粗差对平成果的干扰，那么也就消除了粗差对秩亏自由网平差成果以及拟稳平差成果的观测值干扰，使得变形分析的结果能过和实际情况保持一致，在此，就可以运用抗差估计的方法来达到这一目的。
5.基点稳定性分析
在变形监测网中，如果选取不同的参考基准点，那么将会用到不同的平差方法，從而会得到截然不同的位移场。所以，矿区的变形实则是参考基准点的选取，只有在参考基准点选取较稳定的情况下，其所求的位移才与实际位移相同。因此，变形网在进行周期观测，其点差是由于什么原因引起的，我们必须正确区分出来，这就需要对基点位稳定性警醒分析，除此之外，点位稳定性分析可以提供较稳定的基准信息，用以选择固定基准、拟稳基准或重心基准。
6.计算平差
GPS变形监测网在进行平差处理时，有动、静态平差两种方法。静态平差就是分别对每个时期观测的数据进行平差处理，通过规定的基准进行变形分析；而动态平差则将监测网拟作动态系统，引用监测点变形参数，对不同时期的数据进行合并平差处理。一般地，实际工程中均采取静态平差法，比如秩亏自由网平差和拟稳平差等等。在实际变形分析，我们应了解平差法所定义的参考点是否满足实际变形情况而择取相应的平差方法，比如在监测网所有的基点伴有极小的随机变动，我们就可以选择秩亏自由网平差加以分析实际的变形情况。
7.统一变形分析基准
在GPS变形监测网中，相对锁定多个已知基准点的平差，GPS观测点则会引入已知基准点的误差。因此，不同时期当基线解算有了统一的位置基准以后，不同时期分别固定一个一直基准点的自由平差，再将每期结果与之进行坐标变换，这样更能实际反映出变形的情况，即使这样对位置基准做了统一，但依旧会对其出现较小影响。为了合理运用不同时期的平差结果并加以变形分析，则须对方位和尺度基准进行统一，其方法包括多项式拟合法、坐标系统转换法等。
8.变形分析
在以上步骤之后，运用抗差估计来计算和监测点相同时期间的三维变形值、累积变形量，并以此预测变形的趋势，绘出变形图。
（二）数据处理软件选取
GPS变形监测的观测精度高，数据量大，数据处理分析繁琐，所以在对其做数据处理的难度更是繁杂，所以，选取能够处理GPS监控技术的数据的软件并引之为变形监测体系，在变形监测过程中更是重中之重。
不同的应用，其研发的软件处理系统也大不相同。因此，在选取GPS变形监测数据处理系统时，结合矿区实际特点，其应具有以下特点:第一，能接受随机软件结算的基线向量文件，然后自识别并生成该系统格式的数据文件，并且能人工输入观测或已知数据；其二，应对三种不同的平差解算，能将相同时间里观测经典平差成果转换为拟稳平差成果和秩亏自由网平差成果；再者拥有数据库功能，能人工干预处理过程中的全部数据；然后，具有较丰富的成果输出类别，不但可以提供报表及文件传输，还可以生成变形曲线图；最后能对观测值进行抗差估计以及分析基点稳定性，保障每个时期平差结果的正确性，可以运用坐标系统转换来统一不同时候平差基准，从而得到较为实际的分析结果。
三、结束语
随着GPS实时监测，对矿区地表移动提供在及时数据处理和变形分析，运用相关系统，再结合高精度的基线解算软件，不但可以满足矿区工程对于精度的需求，更减少了原来的工作时间和难度。GPS技术在变形监测领域的应用，将具有更为美好的未来。
参考文献：
[1]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.
[2]汪新. GPS变形监测数据处理方法的研究[D].西南交通大学,2013.
[3]陈文涛. 矿区GPS变形监测应用研究[J]. 太原科技,2008,06:88-89+92.
[4]栾元重,韩李涛. 矿区GPS变形监测与变形分析[J]. 测绘工程,2002,02:49-51.