第5章 GPS在变形监测中的应用.ppt

第5章 GPS在变形监测中的应用 主要内容 概述 GPS定位基本原理 GPS实时监测技术 GPS一机多天线监测技术 5.1 概述 全球定位系统(GPS)作为20世纪一项高新技术，具有速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三位坐标及精度高等优点，因而获得了广泛应用。 目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术的许多领域，对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。 它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学、海洋大地测量、地球物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了卫星定位技术的高精度与高效益。 GPS定位系统的组成 GPS定位系统实现了全球覆盖、全天候、高精度、实时连续定位。 它由GPS卫星组成的空间部分、若干个地面监控站组成的地面监控系统和以接收机为主体的用户定位设备三部分组成。 三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。 5.2 GPS定位基本原理 略 5.3 GPS实时监测技术 基本原理 实时动态（RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统。它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。 RTK测量技术，是以载波相位为根据的实时差分GPS（RTD GPS）测量技术。 实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。 实时监测系统的构成 清华大学已成功将GPS RTK技术应用于虎门大桥的实时安全监测。 GPS RTK实时监测系统主要是由GPS基准站、GPS监测站、光纤通信链路和数据处理与监测中心等部分组成，而数据处理与监测中心主要由工作站、服务器和局域网组成。 基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站，监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后，可实时测得站点的三维空间坐标。 系统各个部分功能 (1) GPS基准站。输出差分信号和原始数据，基准站应设在测区内地势较高，视野开阔，且坐标已知的点上。 (2) GPS监测站。输出RTK 差分结果和原始数据。 (3) 工控机。采集GPS 流动站的原始数据和RTK差分结果，向GPS 流动站发送控制命令。通过切换开关控制共享、分配器的工作。 (4) 服务器。运行数据库，处理工控机发送来的数据供工作站显示和分析。 (5) 远程控制器。远程启动和复位GPS 监测站。 (6) 共享、分配器。把差分信号由1路分成多路，每路差分信号和对应的控制命令通过切换开关共享一路。 (7) 局域网。网络包括调制解调器、光纤、集线器和网线等，提供数据库存取和文件操作的通道。 实时监测的特点 (1) 由于GPS 是接收卫星信号来进行定位，所以各监测点只要能接收5颗以上GPS卫星及基准站传来的GPS差分信号，即可进行GPS RTK差分定位。各监测站之间无需通视，是相互独立的观测值； (2) GPS可以实现全天候定位，可以在暴风雨中进行监测； (3) GPS测定位移自动化程度高。从接收信号，捕捉卫星，到完成RTK差分位移都可由仪器自动完成。所测三维坐标可直接存入监控中心服务器，并进行安全性分析； (4) GPS定位速度快、精度高。GPS RTK 最快可达10～20Hz速率输出定位结果，定位精度平面为±10mm，高程为±20mm。 5.4 GPS一机多天线监测技术 系统设计原则 (1) 先进性。即选用的仪器设备性能应是当今世界上最先进的。系统结构先进，反应速度快，监测精度必须达到相应的国家规范要求。 (2) 可靠性。即系统采集的GPS原始数据必须完善、正确；数据传输网络结构可靠，传输误码率低；数据处理、分析结果必须准确；整个系统故障率低。 (3) 自动化。即从数据采集、传输到分析、显示、打印、报警等实现全自动化。 (4) 易维护。即系统中各监测单元互相独立，并行工作。系统采取开放式模块结构，便于增加、更新、扩充、维护。 (5) 经济性。即在保证先进、可靠、自动化程度高的前提下，采取各种有效方法，力求功效高、成本低。 GPS一机多天线监测系统的组成 在不改变已有GPS接收机结构的基础上，通过一个附加的GPS信号分时器连接开关将多个天线阵列与同一台接收机连接； 通过这样一个GPS多天线转换开关可以实现一台接收机与多个天线相连，通过GPS数据处理后同样可以获得变形体的形变规律； 该系统包括控制中心、数据通信、多天线控制器和野外供电系统等4部分组成。 控制中心 控制中心可以对GPS多天线控制器微波开关各信号通道进行参数设定，包括各通道的开关的选择，各通道的时间参数设定等