gps在变形监测中的应用毕业设计论文完整版及发展前景-综述设计论文.doc
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1、(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!) GPS在变形监测中的应用及发展前景摘要:工程的变形监测分析与灾害预报是20世纪70年代发展起来的新兴学科方向,由于建筑物以与工程建设有关的对象所可能引发的灾害,关系到人民生命和财产的安全。变形监测不仅对监测建筑物的安全、防止事故发生有重大意义,而且积累监测资料、检验工程设计是否合理也具有重要作用。本文主要讲述工程的变形监测的数据处理方面的基本知识,有关变形分析与灾害预报方面的一些问题。本文针对GPS 动态监测数据处理与分析提出的新要求,进行动态监测数据特征提取及模型化的研究,综合应用混沌等现代非线性理论与方法 。在测绘领域,随着GPS 测量技
2、术的发展,工程测量的作业方法发生了历史性的变革。GPS技术具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位等功能,现已成功应用于工程测量等诸多领域。关键词:变形监测;GPS;控制网;数据处理;自动化主题1 GPS技术和变形监测1.1 GPS技术全球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系统,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS定位系统由于其定位的高度灵活性和常规测量技术无法比拟的高精度,成为测量学科中革命性的变化。若以从遥感影像中提取的土地利用现状进行对比分析,控制点的位置选择和精度要求较高,要在土地利用现状图上找到控制点作为几何纠正基础
3、, GPS的精确定位等功能则体现出卓越的优势。目前,GPS已经成功地应用于勘测制图、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科1.2 变形监测1.2.1 变形监测的定义变形监测是对监测对象或物体(简称变形体)进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征。变形监测又称变形测量或变形观测,它包括全球性的变形监测、区域性的变形监测和工程的变形监测。全球性的变形监测是对地球自身的动态变化,如自转速率变化、极移、潮汐、全球板块运动和地壳形变的监测。区域性的变形监测是对区域性的地壳形变和地面沉降的监测。对于工程的变形监测来说,变形体一般包括工程建筑物、机器设备
4、以及其他与工程建设有关的自然或人工对象,例如大坝、高层建筑物、大型科学实验室、地下工程、桥梁、隧道等都可成为变形体。变形监测分为静态监测与动态监测,静态变形通过周期测量得到,动态变形必须通过持续监测得到。变形监测分为变性分析和预报提供基础数据,对于工程的安全来说:监测是基础,分析是手段,预报是目的。1.2.2 变形监测的作用 变形监测的作用主要体现在以下两个方面(1)实际上的作用:保障工程安全,监测各种工程建筑物、机器设备以及与工程建设有关的地质构造的变形,及时发现异常变化,对其稳定性、安全性做出判断,以便采取措施处理,防止事故发生。对于大型特种工程如大型水利枢纽工程、核工程、粒子加速器、火箭
5、发射场有重要意义。(2)科学上的作用:积累监测分析资料,能更好的解释变形的机理,验证变形的假说,为研究灾害预报的理论和方法服务检验工程设计的理论是否正确,设计是否合理,为以后修改设计、制定设计规范提供依据,如改善建筑的物理参数、地基强度参数,以防止工程破坏事故,提高抗灾能力。1.2.3 变形监测的内容、分类和特点变形监测主要包括水平位移、垂直位移监测、偏距、倾斜、弯曲、扭转、扰度、震动、裂缝等的测量,主要是对描述变形体自身形变和刚体位移的几何量的监测。水平位移是监测点在平面上的变动,它可分解到某一特定方向,垂直位移是监测点在铅直面或大地水准面法线方向上的变动。偏距、倾斜、扰度等也可归结为水平和
6、垂直位移监测。偏距和扰度可以视为某一特定方向的水平位移;倾斜可以换算成水平或垂直位移,也可以通过水平或垂直位移测量和距离测量得到。除了上面的之外,还包括与变性有关的物理量的监测,如应力、应变、温度、气压、水位、渗流、渗压、压力等的监测。变形监测的最大特点是要进行周期观测,所谓的周期观测就是多次的重复观测,第一次称初始周期或零周期。每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测人员都要一致。对于扭转、震动等变形需作动态观测;对变形监测项目如偏距、倾斜、扰度等几何量和与变性有关的物理量的监测都可采用传感器技术持续的进行。对于急剧变化期也应作持续的动态监测。对于不同的任务,变形监测所要
7、求的精度不同。为积累资料而进行的变形观测和为一般工程进行的常规监测,精度可以低一些;而对大型特种精密工程,对人民生命和财产相关的变形监测项目,则要求的精度较高。2 GPS在变形监测中的优势2.1 GPS在变形监测测量中的仪器优势 传统的有全站仪,水准仪,经纬仪等仪器 ,但是随着科技的进步,仪器的精度越来越高,价格也越来越便宜,使用范围也越来越普及。现在使用最方便的也就数GPS接收机了,电子全站仪,陀螺仪的使用,大幅度的提高了工作效率,精度也有了很大改善,甚至变形监测所花费的人力物力财力也越来越少。然而,现在仪器也越来越自动化,智能化,功能更先进,更方便人们使用。全站仪是自动化程度很高的野外测量
8、仪器,精度高、应用广,但受通视条件、测量距离等因素制约。GPS 与全站仪相配合进行变形监测的作业方法,使用这两种仪器在实际测量中,提高了监测的工作效率、减少了外界的干扰、降低了作业人员的劳动强度,并且点位精度得到有效的保证。与传统的工程变形监测方法相比, GPS 测量技术在连续性、实时性和自动化程度等方面有明显的优势.在分析了G困在交形监测方面的特点的基础上,探讨了GPS 在大坝、地面沉降、高层建筑物等工程变形观测中的应用。GPS 作为一种全新的现代空间技术,已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子测量仪器.自从20 世纪90 年代后, GPS 卫星定位和导航技术与现代通讯技术相结合,在空间
9、定位技术方面引起了革命性变化。用GPS 同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从单点定位扩展到局部与广域差分,从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航,绝对和相对精度扩展到m 级, cm 级乃至亚mm 级,从而大大拓展了它的应用范围和在各行业中的作用在工程和局部性变现监测方面,地面常规测量技术,地面摄影测量技术,特殊和专用的测量手段,以及以G因为主的空间定位技术等均得到了较好的应用.全球定位系统的应用时测量技术的一次革命性变革,它使建立三维网的监测变得简单,且不需站间通视,可以免去造标,砍树之类的工作.GPS在精度上得优越性使得它逐步地取代
10、传统的地面测量方法。2.2 GPS技术在变形监测数据处理中的优势 随着GPS理论及其应用技术的发展,出现了多天线GPS变形监测系统,单历元GPS 变形数据处理模型等动态监测方法和数据处理模型,为动态变形体形变监测提供了新的途径。变形监测数据源的采样频率得到大幅提高,数据量膨胀;监测数据的非线性特征也更加明确;同时,传感器技术采集数据的特点又决定了变形信息数据必然要包含噪声与粗差等特征,变形预报变的更加困难。本文针对这些问题提出了基于非线性理论的动态监测数据特征提取以及预报技术的新思想,并取得了初步成果。动态监测数据处理与分析主要还集中在数据的降噪、粗差诊断以及变形预报的研究方面,涉及变形数据序
11、列的特征尤其是非线性特征的研究还很少。预报模型的改进工作也主要集中在模型自身的参数调整,未能更好结合变形的内在特征。GPS单历元解算的动态监测数据,经过预处理,最大可能提取与修复有效信息后,就可以进行特征提取以及进一步进行预测预报工作。预处理可以采用各种信号降噪的方法进行,如小波变换降噪、KALMAN滤波、FFT变换等各种方法;可选择多种粗差识别技术如多尺度粗差识别技术以及拟合等各种粗差修复方法可参考文献,特征提取与量化应该综合应用非线性科学中的具体理论模型,对符合物理特性的量化特征要加以充分利用,引入到预测预报模型中进行修正或提出新的有效的预报模型为变形体安全运营、灾害防治或决策支持提供依据
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