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[摘要]在监测变形体安全时，变形监测是一项重要的方法，是一项长期、重复的测量工作。GPS是一种全新的定位技术，在当今的测量领域内，GPS技术已经逐渐取代传统的测量方法。GPS作为一种高效的监测方法，能够减少工作量，从而增加企业的经济效益。GPS同传统的监测方法相比，能够省去数据和数据序列的处理工作，因此，具有很高的研究意义和现实意义。
[关键词]变形监测 数据处理 小波
[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-232-2
GPS全称是全球定位系统，具有很广泛的应用，在测绘行业中，全球定位系统的引进改变了传统测绘的方法，促进了测绘技术的变革。近年以来，我国大力推行GPS技术，并在精密工程测量、大地测量和地壳变形监测中广泛应用，同时，开始进军交通运输、海洋、军事和航道等方面，随着GPS技术的完善，其必将覆盖各个行业。
1 GPS应用的特点
GPS是一种全新的技术，不同于经典的测绘方法，因此，具有一些独特的特点。
第一，GPS技术具有更高的测量精度。同常规的测量方法相比，GPS观测的精度更高，尤其是GPS基线向量的精度，一般的测量方法很难达到。
第二，GPS具有灵活的选点，耗费的费用较少。在进行测量时，GPS测量在测站间不通视的情况下，仍能正常的进行测量，这样就大大降低了作业的成本，同时可以减少布网费用。
第三，能够全天候进行作业。GPS对于天气和气候的要求很低，在任何的时间和气候下都能进行观测，因此能够更加方便的进行测量工作，有利于高效的完成测量工作。
第四，减少了测量时间。同传统的测量方法相比，GPS能够减少测量时间，一般情况下，GPS布设控制网时，在每一个观测站，观测时间大概在30到40分钟之间，若使用快速静态定位方法，观测时间能够再次缩短，最短可在5秒内完成[1]。
第五，自动化程度较高。随着科技的逐渐发展，人们逐渐将GPS接收机制作的小型化和操作傻瓜化，观测人员能够更加方便的进行测量，在测量时，仅仅需要将天线进行对中和整平，量取天线的高度后打开电源，这时就可以进行自动观测了，然后应用数据处理软件进行数据处理。
2 GPS数据处理的要求
在进行GPS检测数据处理时，要考虑到软件、星历、参考框架、约束条件的确定、参考基准和精度分析的方法等，这些问题都会影响数据的处理，尤其是参考基准的约束和选择的确定。为了能够提供更加标准的变形分析数据，对GPS变形监测数据处理技术提出了以下几点要求。
2.1 GPS参考框架
对于GPS数据处理技术来说，参考框架是其最基础的部分，因此，应在数据处理之前将其确定。目前，比较常见的是联系自治、全球统一和不断精华的坐标框架，而能够满足这些条件的仅有国际地球参考系。GPS在进行数据处理时，要不断采用最新的参考系，同时，对于已经进行处理的结果，及时的将其转换成最新参考系中的数据。在当前的参考框架方法确定中，松弛解+七参数转化、松弛解+相对稳定点组的七参数转换和松弛解+强制符合等是比较常见的方法。
2.2 GPS监测平差要求
GPS网平差通常指的是固定一个已知点的约束平差，对于目前的GPS变形监测网，多个已知点约束差的固定很容易将已知点的误差引入到GPS观测点。若想固定多个已知点的约束平差，必须将已知点的精度提高到足够的高度，同时对于GPS观测点的影响可以忽略。所以，在对GPS监测网的各期观测值进行变形分析之前，一般情况下要先进行空间无约束平差，以保证能够尽享GPS监测网的质量。在进行变形分析的过程中，也可以选用固定一个基准点的固定基线方式来进行，同时能够评价GPS网的质量[2]。评价的内容大致可以分为外可靠性指标、内可靠性指标、点为中误差和基线向量的相对中误差、单位权中误差的检验和基线向量，同时应排除含有粗差的。
2.3 GPS监测网变形分析基准的选择
在当前的GPS监测网变形分析中，比较突出的问题是所有的研究单位都使有相同的精密星历和软件，然而分析得到的结果却不尽相同，甚至有的差别很大，究其原因，最主要的是对于参考基准的选择不同。通过检测区内稳定基准点的存在情况，可以在以下几种方案中选择变形基准：
如果监测网中只有一个稳定的基准点，可以选择重心尺度、位置、重心方位基准，同时将该稳定点作为固定的位置基准，然后按秩亏平差的方法对方位和尺度进行选择。
如果监测网中存在多个监测点时，应将变形区域外的点的重心位置作为准确基准，这就是拟稳基准。
另一种基准是重心基准，这种方法应用于变形区域较大的情况，当监测网都在变形区域内时，利用秩亏平差的方法，可以运用重心基准的方法[3]。
还有一种是固定基准，通常情况下应用在监测网中拥有多个稳定基准点，同时各期观测值之间认为没有系统性的方位差异和尺度差异。
3 GPS变形监测数据的处理方法
随着GPS技术在变形监测中的广泛应用，各种数据处理方法也被发现。
3.1 静态数据处理方法
这种方法基于每一期的观测值，然后将其作为相对定位，再通过计算两期监测点之间位置的变化来测定变形量[2]。这种数据的处理方法是：首先在各期进行静态相对定位，以获得基线向量；在通过网平差，将观测质量进行分析评价，来得到检测点的坐标；最后，通过两期得到的坐标差，根据统计检验的方法来观察得到的坐标差是否具有变形量。在这种方法中，监测网通常情况下是由监测点和基准点来确定的[4]。在监测网的建立中，基准点是其基础，保证变形分析能够在相同的基准下进行。而监测网的首期坐标则作为变形分析的基础。这种数据处理方式必须解决两个问题才能进行，首先，要采取正确的方法将观测值中的粗差排除，然后判断基准点是否是稳定的，当基准点不够稳定时，要通过合理的方法消除基准点变化对变形信息的影响。 3.2单历元解算法
关于动态定位，最近几年，国内外的专家将研究重点放在了整周模糊度的在航求解方法上，同时得到了很多OTF方法。然而在OTF方法中，却出现了周跳的探测和修复问题。为了能够解决这个问题，单历元解算模糊度的方法被提出。
该方法的基本思路是：第一要将GPS点的近似坐标进行确定；然后确定基本卫星星座，可以采用L1载波来建立3个双差方程。在进行实数解的确定时，可以采用近似坐标解算的方法，然后根据四舍五入，将实数解确定为整数。对于模糊度组合的所有方式，可以利用双差方程得出相应的坐标，然后根据得到的坐标，根据测站和卫星的观测值计算出模糊度函数。在将模糊度函数值大于一定数值的情况挑选出来，构造一个模糊度搜索范围，在搜索范围内，利用双差方程和最小二乘估测方法来计算残差平方和，最后根据F检验将模糊度最终确定。
3.3小波变换法
小波分析理论是监测数据处理方法中最新的时频局部化分析方法，被评为傅里叶分析方法以后最具有突破性的发展。小波变换在GPS动态变形分析中的应用，消除了经典傅里叶分析在描述信号时频特点时的缺点，通过小波变换的多分辨率性，能够将GPS动态监测数据的变形特征信息和滤波提取分离[5]。然而，这种方法的研究才刚刚起步，目前仍处于研究阶段。在21届IUGG大会和22届IUGG大会上，小波分析理论被确定为今后的研究方向。由此可见，小波研究很具有研究价值。根据当前的研究成果，可以发现，小波分析需要大子样容量的时间序列数据，然而GPS需要的是长序列的数据，这样，才能保证自动化监测系统的运行。因此，在GPS的变形监测数据处理中，小波分析理论必将发挥越来越大的作用。
4总结
伴随着全球定位系统的不断完善，GPS应用必将越来越广泛，尤其是在工程建设领域。自从八十年代进入民用后，其已经应用在各个领域，特别是在测量界的控制测量中，GPS应用具有划时代的意义。GPS以其静态相对定位中的高效益、高精度、全天候等优势，逐渐取代了传统的测量方法。
参考文献
[1]程明飞.高精度GPS变形监测数据处理研究[J].技术与市场，2014，（6）：137-138.
[2]詹京晶，肖田元.基于GPS数据的尾矿坝监测系统的研究与应用[J].中国安全生产科学技术，2013，9（4）：5-6.
[3]陈述，陆世安.边坡变形监测与GPS数据处理[J].房地产导刊，2013，（2）：110-110.
[4]刘晓琳，赵晓东.GPS变形监测数据处理技术在大型工程中的实践应用研究[J].电子制作，2014，（6）：141-141.
[5]于宗伟，邵成立，门茂林等.基于GPS的建筑物变形监测数据处理与系统设计[J].测绘与空间地理信息，2012，35（8）：93-93.
[关键词]变形监测 数据处理 小波
[中图分类号] P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-232-2
GPS全称是全球定位系统，具有很广泛的应用，在测绘行业中，全球定位系统的引进改变了传统测绘的方法，促进了测绘技术的变革。近年以来，我国大力推行GPS技术，并在精密工程测量、大地测量和地壳变形监测中广泛应用，同时，开始进军交通运输、海洋、军事和航道等方面，随着GPS技术的完善，其必将覆盖各个行业。
1 GPS应用的特点
GPS是一种全新的技术，不同于经典的测绘方法，因此，具有一些独特的特点。
第一，GPS技术具有更高的测量精度。同常规的测量方法相比，GPS观测的精度更高，尤其是GPS基线向量的精度，一般的测量方法很难达到。
第二，GPS具有灵活的选点，耗费的费用较少。在进行测量时，GPS测量在测站间不通视的情况下，仍能正常的进行测量，这样就大大降低了作业的成本，同时可以减少布网费用。
第三，能够全天候进行作业。GPS对于天气和气候的要求很低，在任何的时间和气候下都能进行观测，因此能够更加方便的进行测量工作，有利于高效的完成测量工作。
第四，减少了测量时间。同传统的测量方法相比，GPS能够减少测量时间，一般情况下，GPS布设控制网时，在每一个观测站，观测时间大概在30到40分钟之间，若使用快速静态定位方法，观测时间能够再次缩短，最短可在5秒内完成[1]。
第五，自动化程度较高。随着科技的逐渐发展，人们逐渐将GPS接收机制作的小型化和操作傻瓜化，观测人员能够更加方便的进行测量，在测量时，仅仅需要将天线进行对中和整平，量取天线的高度后打开电源，这时就可以进行自动观测了，然后应用数据处理软件进行数据处理。
2 GPS数据处理的要求
在进行GPS检测数据处理时，要考虑到软件、星历、参考框架、约束条件的确定、参考基准和精度分析的方法等，这些问题都会影响数据的处理，尤其是参考基准的约束和选择的确定。为了能够提供更加标准的变形分析数据，对GPS变形监测数据处理技术提出了以下几点要求。
2.1 GPS参考框架
对于GPS数据处理技术来说，参考框架是其最基础的部分，因此，应在数据处理之前将其确定。目前，比较常见的是联系自治、全球统一和不断精华的坐标框架，而能够满足这些条件的仅有国际地球参考系。GPS在进行数据处理时，要不断采用最新的参考系，同时，对于已经进行处理的结果，及时的将其转换成最新参考系中的数据。在当前的参考框架方法确定中，松弛解+七参数转化、松弛解+相对稳定点组的七参数转换和松弛解+强制符合等是比较常见的方法。
2.2 GPS监测平差要求
GPS网平差通常指的是固定一个已知点的约束平差，对于目前的GPS变形监测网，多个已知点约束差的固定很容易将已知点的误差引入到GPS观测点。若想固定多个已知点的约束平差，必须将已知点的精度提高到足够的高度，同时对于GPS观测点的影响可以忽略。所以，在对GPS监测网的各期观测值进行变形分析之前，一般情况下要先进行空间无约束平差，以保证能够尽享GPS监测网的质量。在进行变形分析的过程中，也可以选用固定一个基准点的固定基线方式来进行，同时能够评价GPS网的质量[2]。评价的内容大致可以分为外可靠性指标、内可靠性指标、点为中误差和基线向量的相对中误差、单位权中误差的检验和基线向量，同时应排除含有粗差的。
2.3 GPS监测网变形分析基准的选择
在当前的GPS监测网变形分析中，比较突出的问题是所有的研究单位都使有相同的精密星历和软件，然而分析得到的结果却不尽相同，甚至有的差别很大，究其原因，最主要的是对于参考基准的选择不同。通过检测区内稳定基准点的存在情况，可以在以下几种方案中选择变形基准：
如果监测网中只有一个稳定的基准点，可以选择重心尺度、位置、重心方位基准，同时将该稳定点作为固定的位置基准，然后按秩亏平差的方法对方位和尺度进行选择。
如果监测网中存在多个监测点时，应将变形区域外的点的重心位置作为准确基准，这就是拟稳基准。
另一种基准是重心基准，这种方法应用于变形区域较大的情况，当监测网都在变形区域内时，利用秩亏平差的方法，可以运用重心基准的方法[3]。
还有一种是固定基准，通常情况下应用在监测网中拥有多个稳定基准点，同时各期观测值之间认为没有系统性的方位差异和尺度差异。
3 GPS变形监测数据的处理方法
随着GPS技术在变形监测中的广泛应用，各种数据处理方法也被发现。
3.1 静态数据处理方法
这种方法基于每一期的观测值，然后将其作为相对定位，再通过计算两期监测点之间位置的变化来测定变形量[2]。这种数据的处理方法是：首先在各期进行静态相对定位，以获得基线向量；在通过网平差，将观测质量进行分析评价，来得到检测点的坐标；最后，通过两期得到的坐标差，根据统计检验的方法来观察得到的坐标差是否具有变形量。在这种方法中，监测网通常情况下是由监测点和基准点来确定的[4]。在监测网的建立中，基准点是其基础，保证变形分析能够在相同的基准下进行。而监测网的首期坐标则作为变形分析的基础。这种数据处理方式必须解决两个问题才能进行，首先，要采取正确的方法将观测值中的粗差排除，然后判断基准点是否是稳定的，当基准点不够稳定时，要通过合理的方法消除基准点变化对变形信息的影响。 3.2单历元解算法
关于动态定位，最近几年，国内外的专家将研究重点放在了整周模糊度的在航求解方法上，同时得到了很多OTF方法。然而在OTF方法中，却出现了周跳的探测和修复问题。为了能够解决这个问题，单历元解算模糊度的方法被提出。
该方法的基本思路是：第一要将GPS点的近似坐标进行确定；然后确定基本卫星星座，可以采用L1载波来建立3个双差方程。在进行实数解的确定时，可以采用近似坐标解算的方法，然后根据四舍五入，将实数解确定为整数。对于模糊度组合的所有方式，可以利用双差方程得出相应的坐标，然后根据得到的坐标，根据测站和卫星的观测值计算出模糊度函数。在将模糊度函数值大于一定数值的情况挑选出来，构造一个模糊度搜索范围，在搜索范围内，利用双差方程和最小二乘估测方法来计算残差平方和，最后根据F检验将模糊度最终确定。
3.3小波变换法
小波分析理论是监测数据处理方法中最新的时频局部化分析方法，被评为傅里叶分析方法以后最具有突破性的发展。小波变换在GPS动态变形分析中的应用，消除了经典傅里叶分析在描述信号时频特点时的缺点，通过小波变换的多分辨率性，能够将GPS动态监测数据的变形特征信息和滤波提取分离[5]。然而，这种方法的研究才刚刚起步，目前仍处于研究阶段。在21届IUGG大会和22届IUGG大会上，小波分析理论被确定为今后的研究方向。由此可见，小波研究很具有研究价值。根据当前的研究成果，可以发现，小波分析需要大子样容量的时间序列数据，然而GPS需要的是长序列的数据，这样，才能保证自动化监测系统的运行。因此，在GPS的变形监测数据处理中，小波分析理论必将发挥越来越大的作用。
4总结
伴随着全球定位系统的不断完善，GPS应用必将越来越广泛，尤其是在工程建设领域。自从八十年代进入民用后，其已经应用在各个领域，特别是在测量界的控制测量中，GPS应用具有划时代的意义。GPS以其静态相对定位中的高效益、高精度、全天候等优势，逐渐取代了传统的测量方法。
参考文献
[1]程明飞.高精度GPS变形监测数据处理研究[J].技术与市场，2014，（6）：137-138.
[2]詹京晶，肖田元.基于GPS数据的尾矿坝监测系统的研究与应用[J].中国安全生产科学技术，2013，9（4）：5-6.
[3]陈述，陆世安.边坡变形监测与GPS数据处理[J].房地产导刊，2013，（2）：110-110.
[4]刘晓琳，赵晓东.GPS变形监测数据处理技术在大型工程中的实践应用研究[J].电子制作，2014，（6）：141-141.
[5]于宗伟，邵成立，门茂林等.基于GPS的建筑物变形监测数据处理与系统设计[J].测绘与空间地理信息，2012，35（8）：93-93.