水利水电工程变形监测中GPS技术与数据处理研究

论文摘要

随着科学技术、电子技术的飞速发展,新的监测技术也不断引入到水利水电工程的变形监测中,新技术的应用必然带来监测技术、数据处理等一系列的技术问题需要解决。GPS作为现代测量技术的代表,因其独特的优点近年也逐渐在水利水电工程变形监测领域发挥作用。滑坡、高边坡、大坝的变形监测越来越需要这种自动化程度高、精度高的技术。但由于GPS有别于常规的监测技术,它本身获取的数据以及变形监测数据序列都需要进行有效的处理,才能满足变形监测的需要。GPS变形监测中,各种误差影响的分析与有效处理;GPS变形监测网的优化设计与平差理论;基准的选取与统一;变形监测数据序列的分析与处理。针对上述亟待解决的问题,本文主要在下列几个方面展开研究,并取得了如下成果: 1.在分析GPS测量过程中的误差来源与影响规律的基础上,深入研究与分析了不同组合观测量对GPS处理结果的影响,对不同观测量的组合的影响进行了试验分析,得出GPS变形监测中观测量的优选方法。 2.系统分析研究了GPS网的质量标准、优化设计,推导了GPS变形监测网平差的统一模型,提出基于灵敏度的GPS变形监测网的网形设计技术与方法。根据GPS变形监测网的特点,分析了GPS网的质量标准;推导了GPS变形监测网平差的统一模型,采用该模型可以实现不同期GPS观测的基准统一,避免将系统误差引入变形量,影响变形分析的可靠性。 3.根据GPS网的特点提出基于稳健估计的GPS变形监测网的基准选取与统一,将稳健估计与坐标转换相结合,达到稳定统一基准的目的。通过稳健估计不但可以发现不稳定点,同时也实现了两期基准的统一。 4.在回顾与分析GPS周跳探测与修复方法与技术的基础上,提出GPS周跳探测与修复的小波分析技术。深入分析研究了周跳的特点以及不同观测量组合中周跳的小波变换表现,对GPS周跳探测的小波变换技术提出了指导性意见。 5.研究提出了基于小波分析的综合分析预测模型,将小波分析、时间序列分析等进行有机结合,达到变形分析预报的目的。小波分析技术具有较好的时频分析能力,可以将变形序列根据不同频率进行分离,从而较好地显示变形序列的规律,以便采用恰当的模型进行描述。时序分析具有提取弱信号的能力,但时序分析建模又对序列提出了平稳性的要求,这样大大限制了时间序列处理实际问题的能力。将不同的处理方法有机结合,实现对序列的综合分析,经理论分析与实际验证,该方法可以大大提高序列的分析预测精度。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 水利水电工程变形监测的意义
• 1.2 全球定位系统（GPS）变形监测的应用现状
• 1.2.1 全球定位系统（GPS）简介
• 1.2.2 GPS定位系统的特点
• 1.2.3 GPS技术在工程变形监测中的应用现状
• 1.2.4 GPS技术在其它领域的应用和发展
• 1.3 GPS变形监测数据处理技术与分析现状
• 1.3.1 GPS观测数据的处理技术现状
• 1.3.2 GPS变形监测数据处理技术现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第二章 GPS变形监测的误差分析及观测量的选取
• 2.1 GPS测量的基本原理
• 2.1.1 GPS定位的基本原理
• 2.1.2 GPS相对定位
• 2.2 GPS监测的误差分析
• 2.2.1 卫星星历误差
• 2.2.2 电离层折射误差的分析
• 2.2.3 对流层折射误差的分析
• 2.2.4 多路径效应
• 2.2.5 与接收机有关的误差
• 2.3 GPS变形监测中观测量的选取
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 基线解算常用的观测量
• 2.3.3 不同观测量对基线解算精度的影响分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 GPS变形监测网的优化设计研究
• 3.1 GPS变形监测网的优化设计的提出
• 3.2 GPS变形监测网的质量
• 3.2.1 精度指标
• 3.2.2 可靠性指标
• 3.2.3 灵敏度指标
• 3.2.4 费用标准
• 3.3 GPS变形监测网的优化设计
• 3.3.1 GPS控制网优化设计的分类
• 3.3.2 GPS控制网网形对控制网质量的影响
• 3.3.3 GPS变形监测网平差的统一模型
• 3.4 基于稳健坐标转换的基准选取与统一
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 基准点稳定性检验
• 3.4.3 稳健估计的基准选取与统一
• 3.5 基于灵敏度的GPS监测网的网形设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 GPS周跳探测的小波变换技术
• 4.1 周跳产生的原因
• 4.2 周跳探测与修复的方法回顾
• 4.2.1 高次差或多项式拟合法
• 4.2.2 用星际差分探测与修正周跳
• 4.2.3 电离层残差法
• 4.3 小波分析技术
• 4.3.1 小波理论基础
• 4.3.2 小波变换
• 4.3.3 小波在信号分析中的应用
• 4.4 GPS周跳探测的小波变换技术
• 4.4.1 周跳的特征
• 4.4.2 小波变换观测序列的选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于小波理论的综合分析模型研究以及在大坝变形监测数据处理中的应用
• 5.1 问题的提出
• 5.2 常用变形观测数据处理方法回顾
• 5.2.1 回归分析法
• 5.2.2 频谱分析法
• 5.2.3 时间序列分析
• 5.2.4 平稳时间序列的基本原理
• 5.2.5 非平稳时间序列的处理方法
• 5.2.6 基于小波技术的综合分析模型研究
• 5.3 基于小波理论的综合分析模型在大坝监测数据处理中的应用
• 5.3.1 数据来源与概况
• 5.3.2 计算分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要研究内容
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻博期间发表的论文
• 攻博期间获奖情况