[基于GPS技术的公路滑坡三维形变监测技术研究]GPS监测技术

摘 要:目前,GPS技术已经广泛的应用在地质灾害的监测中,尤其是在公路滑坡灾害监测方面。由于点位的选择不受通视条件的限制,因而选点灵活,但是由于GPS接收机造价较为昂贵,极大地限制了GPS技术的应用。因此,降低GPS监测系统成本,实现对变形体的连续监测,对促进GPS技术在公路地质灾害监测中的广泛应用具有非常重要的意义。
关键词:公路滑坡 变形监测 基线解算
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(a)-0035-01
1 公路滑坡常规监测方法
11 地面水平位移监测方法
利用常规精密大地测量方法进行水平位移监测时,首先在待监测区域外建立一平面控制网,然后再使用精密测距仪、电子经纬仪或电子全站仪进行观测,以获取滑坡平面位移监测的参考基准。
12 沉降监测方法
进行沉降监测时一般是须设置基岩标时,通常用精密水准测量方法对滑坡进行垂直位移监测,又称沉降观测,该方法属于一维变形测量。在软土地基上修建高速公路,路堤处于边修边沉的状态,一般解决的方法有,将路堤填筑到超过设计标高一定高度,以消除沉降的影响。作为地面沉降观测的基准点,再在沉降地域布设沉降观测点,以一定周期重复进行水准测量,经过多期水准测量和地面沉降观测资料的分析研究,计算出各沉降观测点的各期沉降量、累计沉降量、沉降速率等数据,从而为沉降区域的治理提供科学依据。
13 地面三维变形监测方法
131 全站仪三维变形监测
全站仪因其特有的优势可以替代水准测量,在对滑坡监测时可以采用全站仪进行三维变形监测。自动全站仪是全站仪的一种,是目前最常使用的一种,因其自动化、智能化程序能对合作目标进行自动识别、锁定跟踪、自动观测和记录,因此也有着“测量机器人”的美誉。自动全站仪测量精度很高,测角精度可以达到士05″,测距精度可达到士(1mm+1ppm),因此因其变形测量的效率和精度极高,广泛应用于滑坡监测、大坝变形监测等多个领域。
132 三维激光扫描仪变形监测
三维激光扫描仪在地面三维变形监测中也是一种重要的方法,因其采用激光扫描,所以测量速度快、采集信息量大、效率高。通过旋转式镜头的中心发射激光,当激光接触到物体立刻被反射回扫描仪,这样扫描仪记录了仪器与物体之间距离,同时通过计算旋转镜头在竖直方向的旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度得到测量点的三维坐标,通过三维坐标可以形成滑坡体的点云图,点云图精确成CAD模型就可以对变形监测进行清楚分析。三维激光扫描仪的最大优点是监测效率高、 *** 作简便、成像直观形象,在户外监测中应用广泛。
133 摄影测量监测方法
摄影测量方法包括近景摄影测量和地面立体摄影测量方法。比如,利用普通相机或数码相机照相,然后输入计算机中先进行像点量测,再通过程序计算获取三维坐标,根据坐标判断形变;或者用专用量测相机对滑坡监测范围进行拍摄,并构成立体像对,结合坐标量测仪量测出观测点的像坐标,然后通过坐标法测定地面变形。摄影测量与遥感学科隶属于地球空间信息科学的范畴,它是利用非接触成像和其他传感器对地球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息,并进行记录、量测、分析和表达的科学与技术。
2 GPS公路滑坡三维变形监测研究
21 GPS测量原理与方法
全球定位系统简称GPS,是由美国建立的一个卫星导航定位系统,因其具有全天候、连续、实时的特点,同时具有全球覆盖、同步测量等优点,广泛应用于各行各业,对地质灾害的监测、提高对灾害的预报和预防,保证人民生命财产安全具有重要的实际意义。
22 伪距定位法
伪距法定位是GPS定位系统进行导航的最基本的方法,其基本工作原理是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置,通过计算距离交会的距离得到接收机天线所在点的三维坐标,进而进行测量。因为卫星钟和接收机钟之间机器存在误差,所以实际测出的距离ρ′与卫星到接收机的几何距离ρ有一定的差值。虽然伪距定位法存在误差,定位精度不高,但是误差很小,而且是一次定位存在误差,所以当其高速的定位速度和其没有多值性的特点,在GPS定位导航系统中占有重要的地位。
23 GPS相对定位
GPS相对定位是在基线的两端分别安置一台接收机,两台通过同步观测相同的GPS卫星计算出基线端点的相对位置或基线向量。这种方法的优点是计算方便,如果知道一个端点坐标,通过用基线向量计算出另一待定点的坐标,也是GPS测量的重要方法之一。
3 GPS在公路滑坡监测中的实施
31 基准点的选择与坐标测定
因为变形测量需要进行多次重复测量,这样如果采用不同的基准,这样每次测量得到的相应的变形位移量就会不同,因此要使测量准确,必须建立一个统一的基准,一般选择固定基准测量。由于大型滑坡体监测不方便实施,这样可以布设一定数量的首级控制网—— 基准网,然后利用GPS定位技术进行测定,优先选择离滑坡较远且地质条件良好地域有利于测量的实施。
32 GPS滑坡监测网的技术设计
建立GPS控制网进行滑坡变形监测,是对GPS控制网以一定的周期进行重复观测,然后各期单独平差,求出各期间的坐标差(高程差)及精度信息。根据坐标差(高程差)信息估计变形参数,建立变形监测点的运动变化数学模型,用于对滑坡体的变形状况进行评估和预报。
33 GPS滑坡监测数据的采集
变形监测是其中重要内容,也是判断滑坡的重要依据,为了得到可靠的GPS滑坡监测信息,在GPS观测前应做好GPS接收机的检定、GPS卫星的可见性预报、GPS观测调度计划等准备工作,以保证获取高质量的GPS外业观测数据。GPS观测前应编制观测计划表,观测时统一调度、按计划进行。可靠的监测基准是进行滑坡形变情况分析、趋势预测的重要基础之一。
4 结语
公路滑坡地质灾害分布范围广、发生频繁,降低公路滑坡地质灾害对人民生命财产安全造成的损失,必须建立安全、可靠、有效地公路滑坡三维变形监测方法。GPS作为一种新兴的大地测量手段,它具有全天候、高精度、自动化程度高等特点,为公路滑坡等地质灾害的监测与预报提供了更先进、更有效的技术手段。
参考文献
[1] 刘万林,王利,赵超英GPS水准的有限元法与多面函数法的加权综合模型[J]地球科学与环境学报,2004(3)
[2] 杨建图,姜衍祥,周俊,等GPS测量地面沉降的可靠性及精度分析[J]大地测量与地球动力学,2006(1)
[3] 王利,张勤,赵超英GPS一机多天线技术在公路边坡灾害监测中的应用研究[J]公路交通科技,2005,22(6):163～166
[4] 王利,张勤,赵超英,等GPS一机多天线技术在公路边坡灾害监测中的应用研究[J]公路交通科技,2005(S1)

北斗系统的作用还是不断发掘。作为一个全球定位系统，他的作用是不可估量的。仅在民用方面，可以说我们已经不能离开了。它的作用只受想像力的限制。

11月5日，我国成功发射了第49颗“北斗”导航卫星。很多人可能认为，“北斗”的作用就是导航。其实，“北斗”系统具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。它不仅已广泛用于交通运输、基础测绘和搜救打捞等领域，还正在金融、通信、电力、工程勘测、精准农业、资源调查、地震监测、公共安全、应急救灾、全球搜救和国防建设等许多方面大显身手。就在刚刚过去的“双11”活动中，北斗也在智慧物流方面发挥着重要作用。

工程建设的利器

“北斗”系统可为建筑、挖掘、路基、规划设计、物理勘探、石油钻探和地壳运动监测等许多工程提供高精度定位，因此能大大提高工程建设的生产力，并提升相关活动的精度和效率，比传统测量方法的效率高3倍以上。

比如，应用该技术已使道路、桥梁的建设精度达到毫米级，大大提高了隧道、地铁等重要交通基础设施的测量与建设精度，降低了建设成本。“北斗”技术用于公路边坡、桥梁变形监测后，由于不受通视条件的限制，因而选点灵活，能根据监测需要，将监测点布设在对变形体的形变比较敏感的特征点上。

最简单的例子是：盖高楼时，用“北斗”终端可随时测量楼房歪不歪；在洪灾来临时，用“北斗”终端能及时了解水坝是否移动；在挖山洞或地铁时，用“北斗”终端就不用担心从双向往中间掘进时出现错位了，比单向掘进隧道效率提高50%。

助力精细农业增产

导航卫星的精确定位功能可广泛用于农场规划、田间测图、土壤取样、拖拉机引导、作物田间检测和播种速度选择以及肥料、杀虫剂和产量检测系统等。

它能够提升农药、除草剂和肥料使用的精度，同时更好地控制化学物质的扩散，从而降低成本、扩大产量，创造环境友好型的新农场，使不同地区、不同条件下的作物增产3%-50%，大大降低农业生产的人力、资金（机器和设备）和原材料（种子、肥料、杀虫剂、其他化学药品、燃料、油和电）成本，降低的投入占总成本的1%-50%不等。据估计，卫星导航技术带动的平均增产可以达到10%，平均成本能够降低15%。

基于“北斗”的农机作业监管平台，已实现农机远程管理与精准作业，服务农机设备超过5万台，精细农业产量提高5%，农机油耗节约10%。

海洋渔业的帮手

渔业是“北斗”卫星导航系统应用最早也最为广泛的行业之一。安装了“北斗”用户机，不仅可以为船只导航，还可以通过“北斗”独有的短报文通信技术，报告船只位置和船上人员的情况。我国已经有约10万艘出海渔船安装了“北斗”用户机。

对渔民来说，“北斗”的短报文功能至少有四大好处。一是与家人联络，满足情感需要。二是与国内市场联络，打了什么鱼，有多少斤，可以提前通知预售，提高收入。三是与周边渔船联络，遇险时及时自救和互救。四是有了准确定位，可以避免打鱼越境的纠纷。

我国已通过“北斗”先后向渔民发送了数万次热带气旋等危险气象信息警报，救助了多艘渔船、渔民、病人等，累计救助1万余人，有效避免涉外事件多起，挽回经济损失上亿元。

金融电力的保障

现在，网络已经成为现代金融业的重要基础。然而，在网络条件下的金融服务体系中，时间的同步是至关重要的，用“北斗”系统提供的精确授时服务可使现代金融体系实现网络时间同步段，保证现代金融系统安全运行，因为全国各金融单位的1秒钟误差，就有可能带来巨额的损失。

电力系统的安全运行也需要在很大的范围内实现较高精度的时间同步，这样可实现整个电网高精度的时间同步，实现同步相位测量、运行稳定性判断、故障定位、高可靠性的电流纵差保护、继电保护等，从而提高电力网络运行的稳定性、可靠性和安全性。

基于“北斗”卫星导航系统的“北斗电力全网时间同步管理系统”投入使用后，结束了我国电力运行时间完全依赖美国GPS的历史，有效地保障了我国电力安全和国家安全。

实现防灾救灾实时调度

在紧急救援上，基于“北斗”系统的导航定位、短报文通信以及位置报告等功能，已实现全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等服务，极大地提高了灾害应急救援的快速反应能力和决策能力。

2008年汶川地震时，震区通信中断。救援部队通过“北斗”的短报文功能，让救援部队和指挥部的联系保持顺畅，从而保证了指挥命令及时下达、灾情信息实时上报等整个救灾的指挥调度，在决策、搜救、医疗等工作中发挥了关键作用。

我国已把“北斗”技术与井下监测技术相结合，实现了对井下瓦斯浓度、风机转停等关键参数的实时监测。我国还将“北斗”引入自动气象站，增强了自动气象站适应性。

由于“北斗”可实现全国范围的无缝覆盖，具有定位、授时和短报文等功能，所以为森林防火、扑火的指挥调度提供了新的技术，有效解决了火场定位、侦察、引导扑救、后勤保障、损失评估等问题。目前，全国各地森林防火系统已经配备多台套“北斗”用户机，取得了明显的经济和社会效益。

依托大数据实现智慧物流

物联网是未来社会的发展方向。“北斗”系统可作为物联网的一个重要组成部分，应用在感知、网络两个层面。这里我们侧重说说“北斗”在智慧物流方面的应用。

比如，北京近年来逐步在物流车辆上安装“北斗”设备，结合自身的物流大数据，进行了物流智慧管理。通过对车辆速度和路线的实时监控，保障驾驶安全；结合“北斗”卫星导航系统的地理位置数据，进行数据分析和挖掘，定制服务线路，提高物流效率，管控成本，也让信息更透明。

“互联网+北斗物流”项目，通过手机货源APP终端，能让行进中的空货车找到离自己最近的货源。有了这款APP终端，包裹能更加及时地进行运输，早一天开始运输，就能早一天送达目的地。

此外，国内电商平台还研制出了“北斗”智能车载终端及人员佩戴式手环设备等北斗产品，并接入物流云平台进行有效运转，能实时掌握和调度车辆、人员位置、状态和载货信息，为客户提供最适合的配送方案，并根据需求变化迅速调整。

“只受想象力的限制”

随着卫星导航接收机的集成微小型化，它可以被嵌入到其他的通信、计算机、安全和消费类电子产品中，使其应用领域更加广泛。卫星导航系统与消费类电子产品的融合是目前导航系统在社会中最广泛应用的一种方式，如在MP3、MP4、笔记本电脑、手机和数码相机等电子产品中集成导航功能，提供一种基于位置的服务。

在今年10月1日天安门广场的国庆盛大阅兵式上，来自32个装备方队的580台车辆，以整齐划一的行进速度，前后左右一致的车距，给人留下了深刻印象。这背后的“秘密武器”就是“北斗阅兵训练考核辅助系统”，它可以保障32个方队整体车速控制在10千米/小时，骑线偏差不超过1厘米，厘米级的定位精度已赶超世界先进水平。同时，该系统也精准助力阅兵训练，使训练高质高效。

在科学研究上，“北斗”已用于电离层和中性大气反演以及气象学研究，卫星跟踪地球重力场和大气探测，以及航天器或地球卫星精密定轨、导航与对接等科学目的，为科学发展服务。

在水利上，基于“北斗”卫星导航系统的水文监测系统已建设完成，实现了多山地域水文测报信息的实时传输，大大提高了灾情预报的准确性，为制定防洪抗旱调度方案提供重要的保障。

在气象观测预报上，一系列气象测报型“北斗”用户设备研制成功，提出了实用可行的系统应用解决方案，解决了国家气象局和各地气象中心气象站的数字报文自动传输和可视化问题……

“北斗”的用途远不止如今的车辆导航、手机定位、电子地图。由于智能产业与时空信息密切相关，能提供位置和时间信息的卫星导航技术必将被用于智能网络、智能传感、智能交通、智能通信、智能物流、智能社区、智能电网等所有智能产业中，并形成各种前所未有的新型商业模式。

有关“北斗”应用的例子举不胜举。当它与云计算等新技术结合时，其应用“只受想象力限制”绝不是一句空话。

（原标题：除了导航，“北斗”还能干什么）

北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继GPS、GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。中国的卫星导航系统已获得国际海事组织的认可。这是该系统向其目标迈出的重要一步：被全世界接受，可媲美美国全球定位系统(GPS)。

来源网络

使交通信息得到了完善和准确，公交车的车道级定位的位置数据，都被实时传输至管理后台，由此保障运营安全、提高运营效率：市民可以获得公交车更精确的到站时间，城市管理者可以更好监管车辆超速、赖站、越线等驾驶行为。

参考资料：

1 北斗卫星导航系统简介

2 我国北斗卫星已获联合国正式认可，可媲美GPS

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第十届中国卫星导航年会总结会暨第十一届中国卫星导航年会启动会在北京西郊宾馆召开。中国卫星导航年会科学委员会、组织委员会、中国卫星导航系统管理办公室等支持单位、分会主席、第十届年会承办单位、第十一届年会各申请承办地单位、年会优秀口头报告获奖人员及有关单位代表近150人参加了本次会议。会议由北斗卫星导航系统工程总设计师、年会科学委员会副主席杨长风主持。

我国的科学工作者从震源机制解、原地应力测量、GPS测量、有限单元法数值模拟以及地质资料分析等诸多方面，开展了地壳构造应力场的研究工作，在华北地区取得了比较丰富的研究成果。

从中国大陆的角度看，印度洋板块、太平洋板块的运动构成了作用于该区域的外部边界条件，成为中国大陆区域的构造运动的成因，华北块体边界上的构造运动就是其结果之一（陈连旺等，2001）。

利用GPS技术，中国大陆地壳的整体主压应变方向为北北东向至北东向，它反映的是现阶段地壳活动的主应力方向。华北亚板块的主压应变方向是北东至近东西向为主导，局部地段存在差别，大部分地区压应变量和张应变量相当（郭良迁，2000）。其他各种研究基本与以上观点相符（张东宁等，1999；陈连旺等，2001；顾国华等，1999；杨国华等，2000）。王琪等（1996）根据1991～1993年间，巴拉—达孜（约55km）和日喀则—达孜（约247km）两条基线的GPS复测资料，求得西藏块体的内部变形速率，南北向为70±23 mm/a（缩短），东西向为74±23 mm/a（伸长）。而丁国瑜和卢演俦（1989）则估计西藏块体的整体运动速率可望达到25～28 mm/a，即数倍于块体内部变形速率。而青藏块体的变形则会直接影响到临近的鄂尔多斯甚至东部的华北裂谷盆地。

周硕愚根据中国国家攀登计划“现代地壳运动和地球动力学”1994～1996年GPS全国复测数据，提出了一种完全基于实测资料，通过卡尔丹角计算块体间现时运动欧拉矢量的理论方法，尝试性地初步建立了刻画中国大陆西藏、川滇、甘青、新疆、华南、华北和黑龙江等7个主要块体现时运动模型PBMC-1，首次在数年时间尺度内给出了中国大陆块体相对运动的点位速度场及边界带运动。模型结果表明：各块体的运动速率由南向北、由西向东逐次减少；运动方向由北北东逐步转向东以致东南和东东南。印度板块的碰撞对中国大陆内部诸块体运动起主导作用；而诸块体运动又决定着块体边界带断裂带的活动方式与速率。模型给出的数年尺度的现时运动，总体上与地质学给出的百万年以来的平均状态相似，与地球物理学和天文学观测结果也较符合。GPS等空间测地结果已初步具备揭示正在进行中的地壳运动的能力（周硕愚，1998）。

伍吉仓认为唐山—宁河及沧东断裂带的负位错倾滑分量为－3 mm/a，张裂分量为－2 mm/a，由于负位错矢量与断层实际运动相反，表明埕宁隆起区现今仍有上升运动，同时该断裂带经受微拉张作用；同理，由于反演得到的太行山前断裂带负位错走滑分量和倾滑分量均为2 mm/a，而张裂分量为－5 mm/a，表明该断裂带现今主要经受着拉张作用；而位于北面的东西向的张家口—北票断裂的负位错走滑分量为－4 mm/a，倾滑分量和张裂分量约为零，表明该断裂带现今主要经受着左旋运动。整体上来看，内蒙古地轴区南面现今经受着拉张作用为主的地壳运动，表现为近东方向的水平运动和埕宁隆起区现今上升运动。而现今地壳运动在太行山前断裂有每年近5 mm的张裂方向的闭锁（伍吉仓，2002）。

利用GAMIT软件将华北地区GPS地壳形变监测网1995、1996及1999年3期观测数据同全球IGS跟踪站资料进行了统一处理，并采用基线向量单天解及其全协方差矩阵和武汉大学Power Adj Ver30软件在ITRF97框架下进行了GPS网整体平差，得出了相对于欧亚板块的水平运动速度场；进一步利用GPS速度场计算华北地区GPS地壳应变率场及应变能密度变化率场。GPS结果表明：华北地区现以（3～12 mm/a） +34 mm/a速度相对于稳定的欧亚板块向东或东南方向运动；唐山—河间—磁县是一个压缩活动边界，大同—太原则是一拉张活动边界，呈略带右旋的拉张运动；北京—天津—渤海湾地区，以及邢台地区是高剪应变率地区；张家口—北京—天津—渤海湾地区，以及济南地区是高应变能密度变化率地区，地壳积累能量高，且渤海湾地区处于面膨胀变化率正、负值过渡带，那里可能存在与地震危险性有关的应变能积累背景（许才军，2002）。

鄂尔多斯块体西南侧的块体交接带为压性运动，而且北移态势增强（杨国华，2000）。青藏高原隆起产生的侧向挤压力，致使早白垩世晚期已停止沉积的鄂尔多斯盆地处于隆起剥蚀状态，而晚白垩世，盆地沉积中心向北西迁移。结合现今的鄂尔多斯的应力状态，青藏高原对该地区的影响是很大的。利用沿山西断裂带布设的GPS监测网的6期复测资料（1996～2001年），分析了山西断裂带水平运动的趋势及动态活动特征。结果表明：①现阶段趋势性活动表现为北段向西运动，南段向东运动，整体呈现逆时针的差异活动性质，但趋势性活动强度并不高，断裂带从南到北在垂直方向上的趋势性差异运动分量为3 mm/a左右；该带的南北向伸展运动量也只有1 mm/a，而且主要发生在断裂带的北段。②趋势性运动所反映主压应变场的方位角为720。③每年间的活动性质并不完全相同甚至相反，并偏离趋势性活动，由此所推算出的应变场参数不能反映基本应力场的物理特性。④高频运动（每年的）不但存在而且复杂，强度是趋势运动的数倍。⑤无论是长趋势性活动还是每年的活动都看不出区内任何一条断裂两侧存在明显的差异性运动（包括走滑运动）。趋势性运动结果不仅验证了华北地区西界受力“南强北弱”的基本特征，而且一直持续到华北腹地。断裂两侧无明显的差异活动可能说明板内各块体之间的差异活动是在一定的空间范围内通过渐变来完成的，并不是以某一条断裂或狭小条带为界的突变过渡来实现的。动态活动明显存在则可能表明：①在基本应力场的大环境下存在着应力扰动行为。②由于介质的物性存在着差异，区域应力—应变出现不均匀或不同步的变化。③由于外部各种环境的变化而出现响应。2001年的运动显示，代县及附近区段是相对差异活动的分界区段，对此应给予关注（杨国华2002）。

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划（APRGP）的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料，通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一，给出一个自恰的、完整的ITRF97框架下的速度场综合解。为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征，基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL，给出了3类网共260多个站的形变速度场。结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性，以南北地震带为界，西强东弱；中国西部受印度板块强烈的冲挤，地壳运动由南向北逐渐减慢，呈现南北向缩短，东西向伸展，有明显的块体特征；喜马拉雅和天山西部分别提供了约15 mm/a和9～13 mm/a的汇聚速率；拉萨块体有（202+12）mm/a的伸长；喀喇昆仑－嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2～3 mm/a和4～6 mm/a，穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7 mm/a，这些都支持地壳增厚学说；沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个北北东向的弥散带，它是形变速度有东和西分量的分界线，是一个有特殊意义的动力学带。中国东部以走滑为主，东北块体是中国最稳定的地区，华北块体具有较大走滑性，是东部较易变形区（王小亚，2002）。

马宗晋（2001）根据中国大陆的1998～2000年的GPS观测结果（图117a）认为：中国大陆6大分区运动态势存在明显的差异。西部主要受由南而北的推挤作用，东部主要受由西而东的推挤和地幔流动的底拖拉伸作用，太行山—武陵山带是其中间的转变带。青藏高原东部矢量场由南部的北北东向逐渐指向北东东向，再转向南东向，呈右旋型运动，速率也变小，说明青藏高原东边缘有明显的应变积累或冲压位移，同时说明高原东边界不是自由的，可能深部存在受阻的约束条件。鄂尔多斯与阿拉善之间存在拉张，与东祁连之间存在追赶挤压。鄂尔多斯与华北区矢量场总体一致指向东，直至朝鲜半岛。但太行山与华北平原内部速率变小，而郯庐断裂带以东速率又增强，华南、华北相一致。结合全球GPS资料（图117b），对中国大陆而言，印度板块底推挤作用是叠加在欧亚大陆整体由西向东的运动背景之上的（马宗晋等，2003）。

吴云等（1999）利用全国范围内的21个GPS站1994～1996年的复测数据，以长春为固定点，计算水平速度和应变场率，结果表明：印度、太平洋和菲律宾海板块联合控制着中国大陆现今地壳运动和形变，三大板块的动力作用是动态稳定的，印度板块起主导作用，南北地震带在中国大陆现今地壳运动和形变过程中起重要调节作用。

湖北省国土资源厅

一、概况

武汉市从北向南分布有6条岩溶带,随着城市建设的迅速发展,岩溶区城市建设人类活动作用不断增强,由此引发的岩溶塌陷灾害频繁发生,造成的损失越来越大。20世纪70年代至今,市域内共发生岩溶塌陷20余起,直接经济损失近亿元(图1和图2)。近年来,岩溶塌陷发生频率逐年增高,危害程度也越来越大,岩溶塌陷已成为武汉市的主要地质灾害,严重地妨碍了其经济建设与可持续发展。

图1 光霞村塌陷

2006~2008年,中国地质调查局实施了“武汉市地面塌陷灾害调查与监测预警”项目,该项目从分析武汉市岩溶地面塌陷发生的水文地质、工程地质以及岩溶地质条件入手,研究了武汉市岩溶塌陷区可溶岩的分布范围、岩溶发育规律、岩溶塌陷灾害的形成机理、影响因素及致塌模式,进行了岩溶塌陷危险性分区评价。通过室内模拟试验、数值模拟、物理力学分析等对区内岩溶地面塌陷的发生发展过程、诱发因素及其所起的作用分量进行了研究(图3至图6)。在此基础上,建立了武汉市地面塌陷灾害监测网络及监测预警系统,初步确定了武汉市岩溶塌陷预警判别模式,为武汉市岩溶地面塌陷灾害的防治提供了依据。

图2 汉南1号塌陷

图3 核磁共振探测岩溶发育情况

图4 自动水位监测孔

图5 自动土压力监测点

图6 自动雨量监测站

二、取得的主要成果

1查明了武汉市岩溶塌陷所发生的地质环境背景条件及诱发因素,提出了致塌模式及地质概化模型

武汉市岩溶地面塌陷形成的基本条件主要有三个方面:上覆盖层松散,具“上粘下砂”二元结构;下伏基岩可溶性碳酸盐岩浅部岩溶发育;孔隙水与岩溶水水力联系密切。其诱发因素主要包括长江水位变化、降雨、开采地下水以及人工加载等。塌陷产生的动力机制主要为潜蚀、渗压、真空吸蚀以及重力作用。致塌模式为潜蚀—吸蚀—重力致塌和潜蚀—渗压—重力致塌。地质概化模型为单一透水盖层型及阻-透盖层型。

2通过模拟实验、数值模拟等多种方法,研究了武汉市岩溶地面塌陷的发生发展过程,确定了岩溶塌陷发生的土洞极限拱高,并通过高频度诱发因子自动监测进行了实例验证

武汉市岩溶地面塌陷的发生发展过程实质上是上覆盖层中土洞的发展过程,土洞的破坏是以拱形方式逐渐向上发展的。依据上覆盖层结构,土洞塌陷可分为类砂性土塌陷和类黏性土塌陷两种模式。烽火村区土洞极限拱高为134~1212米,毛坦港为945米,阮家巷为606~1373米,陆家街为1394米,中南轧钢厂为977~1047米。

降雨对岩溶地面塌陷的影响主要是通过改变上覆盖层土体的物理力学参数和引起地下水位波动来进行的。在这两种作用下,上覆盖层中的隐伏土洞会进一步发展及破坏,导致地面塌陷。在相同时间下,降雨强度越大,土洞变形破坏程度越大;如降雨强度较小,但持续时间较长,也会导致土洞的变形破坏。

开采地下水对岩溶地面塌陷的影响与开采层位、开采量、地下水位下降幅度以及补给条件有关。开采孔隙水时,开采量越大、补给越不充分,土层破坏情况越严重,越容易形成土洞,造成塌陷;开采岩溶水时,当水位下降速率大于1厘米/秒时,上覆砂层即发生破坏,产生塌陷。

3对武汉市岩溶地面塌陷重点区进行了危险性分区预测评价

工作区岩溶地面塌陷的危险性可分为4个区:其中易危险性大区,分布面积约128平方千米;危险性中等区,分布面积约370平方千米;危险性小区,分布面积约409平方千米;基本安全区,分布面积约2788平方千米。

4建立了城市区岩溶地面塌陷自动实时监测预警系统

监测预警系统共包括各类监测点91个,监测因子主要为隐伏土洞、地下水、地表水、降雨、地表形变等。其中地质雷达固定剖面扫描监测24条,土体压力监测点13个,地下水位水温监测点21个,地下水质监测点21个,地下水流向流速监测点21个,地表水监测点1个,降雨量监测点1个,地面形变监测点28个,裂缝监测点3个。监测网采用实时自动监测与人工监测相结合的方式运行(图7),为武汉市岩溶地面塌陷灾害的防治提供了决策依据。

图7 实时监测数据所反映的岩溶塌陷发展过程

三、成果应用

项目自2008年年底结题后,作为项目成果之一的“武汉市地面塌陷灾害监测预警系统”已交付给武汉市国土资源局使用,为确保监测预警系统的正常运行,武汉市每年投入70多万元用于系统的运行与维护。同时,参照项目监测预警系统,在武汉市汉南区也建立了相应的岩溶塌陷监测预警网络,一并纳入该监测系统。2009~2010年,中国地质调查局共拨付经费600万用于武汉市周边岩溶塌陷调查研究,使项目成果等到了更进一步的应用与推广。

随着武汉市城市建设的飞速发展,武汉市多项重点工程高速推进,天兴洲大桥、武汉火车站、长江隧道、轻轨一号线二期、岳家嘴立交桥、范湖地铁站等工程相继开展,武汉市中央文化旅游中心、武汉市国际贸易中心等也即将开始建设,项目成果在上述各项工程中均可得到较好的应用,其应用前景广阔,经济、社会效益可以预期。

四、社会效益

(1)项目查清了武汉市岩溶塌陷成生的基本条件、诱发因素及致塌机理,为武汉市岩溶塌陷的防治提供了技术支撑与理论依据。

(2)项目对武汉市重点塌陷区进行了岩溶塌陷危险性分区评价,对于指导武汉市城市建设规划及重大工程建设具有十分重要的意义。

(3)项目对岩溶塌陷监测预警指标、监测手段及预警方法等进行了探索性研究,为今后岩溶塌陷监测预警提供了参考模式与示范。

(4)项目建立的武汉市岩溶塌陷重点区监测预警系统,可以对岩溶地面塌陷地质灾害进行监测预警,从而有效地避免或减少人民生命财产损失和对公共基础设施的破坏,对稳定民心、构建和谐社会具有十分重要的意义。

(5)通过项目监测系统的长期运行,可掌握岩溶塌陷的发展趋势和可能的危害,及时提出有效的防治对策,对于促进经济建设和城市发展,最大限度地发挥土地资源应有的经济效益具有重要意义。

玻璃硬度高，但易碎的原因是因为韧度低，韧度和硬度定义不同。是指物质内部结构所造成的物质的内部引力大小程度。简单的理解韧度就是物质的柔韧程度。这个和物质的硬度基本是没什么关系的。
金属韧度高，由于其原子结构是规则排列的，可以发生不同原子层之间的滑移、位错等形变而不断裂；而玻璃种结构多面体重复没有规律性。导致韧度低易碎

主要是为船舶，汽车，飞机等运动物体进行定位导航。例如：
1船舶远洋导航和进港引水 2飞机航路引导和进场降落 3汽车自主导航 4地面车辆跟踪和城市智能交通管理 5紧急救生 6个人旅游及野外探险 7个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体） 1电力，邮电，通讯等网络的时间同步 2准确时间的授入 3准确频率的授入 1各种等级的大地测量，控制测量 2道路和各种线路放样 3水下地形测量 4地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测 5GIS应用 6工程机械（轮胎吊，推土机等）控制 7精细农业
GPS首次出现在军事应用
1989年，一群认真专注的工程师和一个伟大的产品构想，造就了今日全球卫星定位导航系统的领导品牌GARMIN—兼具最佳的销售成绩与专业技术。由制造当初在波斯湾战争中被联军采用的第一台手持GPS，到现今成为GPS 的第一品牌，GARMIN的产品以更优良的功能和用途远远超越传统GPS接收器，并为GPS立下一崭新的里程碑。 为了缓解当时“沙漠风暴”行动时军用GPS接收装置短缺的问题，美军考虑购买民用GPS接收装置。民用接收装置的导航功能和军用装置完全一样，只不过不能识别军用加密信号而已。因此，到了“沙漠盾牌”军事行动的时候，美国国防部就提前购买了数千套民用GPS接收装置装备各参战部队，占到了所有的5300套接收装置的85%。
GPS在道路工程中的应用
GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度，同时也大大提前了工期。GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中。由于无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。GPS技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。 GPS在个人定位中的应用 国内首款语音彩信GPS定位器-- 昱读全资科技语音彩信GPS定位器为列，它内置全国的地图数 语音彩信gps定位器
据，无需后 台支持，结合了GPS全球定位系统、GSM通信技术、嵌入式语音播报技术、GIS技术、GIS搜索引擎、图像处理技术和图像传输技术，直接回复终端中文地址、彩信、或语音播报地理位置
GPS在汽车导航和交通管理中的应用
三维导航是GPS的首要功能，飞机、轮船、地面车辆以及步行者都可以利用GPS导航器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新 GPS应用
型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理机、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络、计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。
GPS在长途客运车辆管理中的应用（举例）
以国内首套专业的GPS长途客运车辆管理系统——它就是结合了卫星定位技术、GPRS/CDMA通讯业务、GIS技术、图像采集技术、计算机网络和数据库等技术，在客运公司建立一个总控（C/S结构和B/S结构相结合），其它设为分控，公安部门和运管部门等各部门建立专控的中心系统，系统由控制中心系统、无线通信平台（GPRS/CDMA）、全球卫星定位系统（GPS）、车载设备四部分组成一个全天候、全范围的驾驶员管理和车辆跟踪的综合平台；系统可对注册车辆实施动态跟踪、监控、拍照、行车记录、管理、数据分析等功能，监控车辆可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据； *** 作终端可任意选择服务器内部局域网或国际互联网对中心进行访问并可通过IE浏览器提供网上综合客车管理数据分析控制系统（B/S结构）；
GPS技术在导航仪中的应用举例
国际领先GPS导航仪品牌：Ahada（艾航达）――源自美国硅谷，现已登录中国！ 产品核心功能： 1) 地图查询 ◎可以在 *** 作终端上搜索你要去的目的地位置。 ◎可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。 ◎模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息， 2) 路线规划 ◎GPS 导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。 ◎规划线路可以设定是否要经过某些途径点。 ◎规划线路可以设定是否避开高速等功能。 3) 自动导航 ◎语音导航： ◎画面导航： ◎重新规划线路：
编辑本段引GPS种类
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、d载式。 421 按接收机的用途分类 1 导航型接收机 此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。 这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。 星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。 2 测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 3 授时型接收机 这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。 422 按接收机的载波频率分类 单频接收机 单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。 双频接收机 双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。 423 按接收机通道数分类 GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为： 多通道接收机 序贯通道接收机 多路多用通道接收机 424 按接收机工作原理分类 码相关型接收机 码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。 平方型接收机 平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。 混合型接收机 这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。 干涉型接收机 这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。 经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。 GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
测地型GPS
测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值 进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。根据使用用途和精度，又分为静态（单频）接收机和动态（双频）接收机即RTK 目前，在GPS技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的生产厂商有美国Trimble（天宝）导航公司、瑞士Leica Geosystems（徕卡测量系统）、日本TOPCON（拓普康）公司，国内厂家主要有南方测绘、中海达、华测、科力达等。 南方测绘的GPS接收机产品主要有RTK S82、S86、S82-1、S86-T、蓝牙静态GPS等。其中S82-T采用一体化设计，集成GPS天线、UHF数据链、BD970、天宝嵌入式定位技术、即插即用式U盘设计、蓝牙通讯模块、锂电池，其RTK定位精度：平面±（1cm+1ppm），垂直±（2cm+1ppm）；静态后处理精度：平面±（25mm+1ppm），垂直±（5mm+1ppm）；单机定位精度：15m(CEP)；码差分定位精度：045m(CEP)。 中海达测绘的GPS接收机产品主要包括静态一体化接收机HD-8200G和GD-8200X，其中HD-8200G配备有无线遥控器，可远距离查看卫星状况等关键信息，8200X配备有语音导航功能，可通过面板直接设置静态采集关键参数卫星高度角和采样间隔。RTK产品主要有珠峰HD-5800、V8 CORS RTK、V8 GNSS RTK。RTK作业精度：静态后处理精度： 平面：±25mm＋1ppm，高程：±50mm＋1ppm，RTK定位精度： 平面：±1cm＋1ppm，高程：±2cm＋1ppm，码差分定位精度：045m（CEP），单机定位精度：15m（CEP）。V8具有八大创新技术。 华测的GPS接收机产品主要有X60CORS、X20单频接收机、X90一体化RTK、X60双频接收机等。国内通过中华人民共和国制造计量器具许可证获得的精度最高的产品，其中，X90为28通道双频GPS接收机，集成双频GPS接收机、双频测量型GPS天线、UHF无线电、进口蓝牙模块和电池，动态精度：水平10mm+1ppm，垂直20mm+1ppm；静态精度：水平5mm+1ppm，垂直10mm+1ppm，能达到10－30公里的作用范围（因实际地域情况有所差别），既可以承受从3米高度跌落到坚硬的地面，也可浸入水下1米深处进行测量。X90具有静态、快速静态、RTK、PPK、码差分等多种测量模式，精度范围为毫米级到亚米级。 而且可与天宝，徕卡等主流品牌联合作业。 科力达GPS是一个新兴品牌，主要型号有风云K9和静态K7。科力达风云K9双频RTK GPS接收机带电池重量08kg，为国内最轻一款GPS接收机，采用密封橡胶圈设计，防尘防水等级达到IP67。坚固轻便的外壳，抗2米自然跌落，2W低功耗，数据更新率高达20Hz，信号重捕获：05~10秒。静态精度：平面±3mm+1ppm，高程±5mm+1ppm；RTK精度：平面±1cm+1ppm，高程±2cm+1ppm；码差分定位精度：045m（CEP）；单机定位精度：15m（CEP）。采用PAC和Vision 相关技术，能够有效消除来自天线附近或强多路径干扰环境下的多路径干扰信号，具有高精度、高可靠性和高数据采样率的特点，经升级可支持俄罗斯的GLONASS卫星定位系统，从而实现GPS+GLONASS双星系统定位能力。
车载GPS
当通过硬件和软件做成GPS定位终端用于车辆定位的时候，称为车载GPS,但光有定位还不行，还要把这个定位信息传到报警中心或者车载GPS持有人那里，我们称为第三方。所以GPS定位系统中还包含了GSM网络通讯（手机通讯），通过GSM网络用短信的方式把卫星定位信息发送到第三方。通过微机解读短信电文，在电子地图上显示车辆位置。这样就实现了车载GPS定位。 与此同时，在车上安装相应的探测传感器，利用车载GPS定位的GSM网络通讯功能，同样能把防盗报警信息发送到第三方，或者把这个报警电话、短信直接发送到车主手机上，完成车载GPS防盗报警。这里可以看出，车载GPS定位的GSM网络部分实际上是一个智能手机，可以和第三方互相通讯，还可以把车辆被抢，司机被劫、被绑架等信息发送到第三方。 所以说车载GPS定位是定位、防盗、防劫的。 目前市场销售很广阔，经常被大家提及的是一般的民用的导航gps，这样的gps主要是给汽车定位，导航。目前越来越发达的道路，错综复杂的高架桥给驾驶者越来越难分辨道路。导航车载gps的确是给驾驶者带来了极大的方便！ 而且现在的导航gps还具有提前预警电子眼、查询全国旅游景点、酒店等服务。的确是旅游带来了极大的方便！以达伽马鹰隼G808为例，以上功能均可以自助实现，远程控制和查询！
类似车载GPS
类似车载GPS终端的还有定位手机、个人定位器等。GPS卫星定位由于要通过第三方定位服务，所以要交纳不等的月/年服务费。 目前所有的GPS定位终端，都没有导航功能。因为再需要增加硬件和软件，成本提高。 我们在电视里看到的车载GPS广告，和上述的车载GPS完全是两回事。它是一种GPS导航产品，当需要导航时，首先定位，也就是导航的起点，这与真正的GPS定位是不同的，它不能把定位信息传送到第三方和持有人那里，因为导航仪中缺少手机功能。比如你把导航仪放在车里，你朋友把车借开走了，导航仪不能发信息给你，那你就无法查找车辆位置。所以导航仪是不能定位的。 你说我买的是导航手机该行了吧，你想想，你把导航手机放在车上，现在车被盗了，那个手机会自己给你或第三方打电话发短信吗？它是需要人来 *** 作的。所以说目前的导航终端都没有定位功能。 导航终端可以导航路线，让你在陌生的地方不迷路，划出路线让你到达目的地，告诉你自己当前位置，和周边的设施等等。 中国目前在GPS应该上取得了很大的市场其中有很多公司是导航的但是也有在GPS行业做定位管理的。 各种GPS/GIS/GSM/GPRS车辆监控系统软件、GSM和GPRS移动智能车载终端、系统的二次开发车辆监控系统整体搭建方案系统广泛应用于公安，医疗，消防，交通，物流等领域。该方案基于NXP的PNX1090 Nexperia移动多媒体处理器硬件和由NXP与合作伙伴ALK Technologies联合开发的软件。NXP声称，该方案提供了设计师搭建一个带导航能力的低成本、多媒体功能丰富的便携式媒体播放器所需的一切，这些多媒体功能包括：MP3播放、标准和高清晰度视频播放和录制、FM收音、图像存储和游戏。NXP以其运行于PNX0190上的swGPS Personal软件来实现GPS计算，从而取代了一个GPS基带处理器，进而降低了材料清单(BOM)成本并支持现场升级。 跟随GPS 的一系列关联的应用都设计到数学和算法，和GIS系统，地图投影，坐标系转换! 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。为提高定位精度，普遍采用差分GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS（DGPS），定位精度可提高到5米。
GPS预警器
GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。这样的准确率跟数据点的多少是有关系的，主要就是利用卫星的定位来实现了。 这种利用电子眼的经纬度信息进行预警的方式,关键在于电子眼数据的及时更新这种产品的缺点在于不能测到流动性测速,目前有些反测速型的GPS导航仪,如凯旋智能预警GPS,配有反测速雷达机系统,GPS预警和反测速雷达机预警,两套系统同时工作,能够全面的实现电子眼预警的功能
GPStar智能GPS系统
主要由两大部分组成，即：本地的监控中心软件管理平台和远程的GPS智能车载终端。远程的GPS智能车载终端将车辆所处的位置信息、运行速度、运行轨迹等数据传回到监控中心，监控中心接收到这些数据后，会立即进行分析、比对等处理，并将处理结果以正常信息或者报警信息两类形式显示给管理员，由管理员决定是否要对目标车辆采取必要措施。
编辑本段GPS在新世纪的发展
进入21世纪，全球定位系统(GPS)在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况，特别是当前国际GPS服务(1GS)的产品内容、应用和服务等方面作重点介绍。 一 、GPS连续运行站网和综合服务系统的发展 在全球地基GPS连续运行站(约200个)的基础上所组成的IGS(International GPS Service)，是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。 (1) IGS现在提供的轨道有三类：一是最终(精密)轨道，要在10—12天以后得到它，常用于精密定位；二是快报轨道，要在1天以后得到，它常用于大气的水汽含量、电离层计算等；还有一类是预报轨道。 关于对GPS星钟偏差方面的估计，目前只有两个IGS分析中心提供。IGS目前近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准近70个，其中约30个使用氢钟，约20个使用铯原子钟，约20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体震荡器。 (2) IGS还提供极移和世界时信息。IGS公布的最终的每日极坐标(x，y)，其精度为±01mas，快报的相应精度为±02mas。GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时(UT)的功能，但由于一方面GPS卫星轨道参数和UT相关，另一方面，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是UT的时间导数，因此IGS仍能给出每天的日长(LOD)值。IGS现在还能进一步求定章动项和高分辨率的极移(达每2小时1次，而不是现在的1天1次)，后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高，数据传输迅速和及时，以及数据处理方法的改进，并没有本质的改变，而前者却是技术上的一个跨跃。 (3) IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站(跟踪站)的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。前者精度好于1cm，后者精度好于1mm/y。IGS站坐标所采用的坐标参考框架是和IERS互相协调的。1993年末开始使用ITRF91，1994年使用ITRF92，1995年到1996年中期使用ITRF93，1996年中期到1998年4月一直使用ITRF94，1998年3月1日转而采用ITRF96，1999年8月1日开始IGS采用ITRF97。 (4) IGS在测定短期章动方面的新贡献。众所周知，地球自转轴在地球表面上的移动称为极移，而它在惯性空间中的运动称为岁差和章动。 GPS技术不能确定UT，而只能确定日长。同样这一原则也适用于章动，即GPS数据不能测定章动的经度和倾角，但能确定这些量的时间变率(对时间的导数)。基于这一原理，用了3年的每天的ψ和ε值的资料，估算短期章动项的章动振幅，并与VLBI结果作了比较。结论认为，就测定章动短周期项而言，GPS方法优于VLBI，而对超过1个月以上的长周期而言，VLBI较优。 由于对GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此1999年9月各国的VLBI站和SLR站决定也组织类似于IGS的相应的IVS和IVRS。法国的DORIS和德国的PRARE也正在考虑成立类似模式的国际组织。力求使这类空间大地测量观测系统组织起来，提高效率、提高精度和可靠性。 就地区性的GPS连续运行站网和综合服务系统而言，发达国家也已做了很多这方面工作，取得了进展。在美国布设了GPS“连续运行参考站”(CORS)系统。它由美国大地测量局(NGS)负责，该系统的当前目标是（1）使美国各地的全部用户能更方便的利用它来达到厘米级水平的定位和导航；（2）促进用户利用CORS来发展GIS；（3）监测地壳形变；④求定大气中水汽分布；⑤监测电离层中自由电子浓度和分布。
截止1999年9月CORS已有156个站，而美国NGS宣布为了强化CORS系统，从现在起，以每个月增加3个站的速度来改善该系统的空间覆盖率。此外，CORS的数据和信息包括接收的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星气、站四周的气象数据等，用户可以通过信息网络，如Internet很容易下载而得到。 英国建立的“连续运行GPS参考站”(COGPS)系统的功能和目标类似于上述CORS，但结合英国本土情况还多了一项监测英伦三岛周围的海平面相对和绝对变化的任务。英国的COGPS由测绘局、环保局、气象局、农业部、海洋实验室共同负责。目前已有近30个GPS连续运行站，今后的打算是扩建COGPS系统和建立一个中心，其主要任务是传输、提供、归档、处理和分析GPS各站数据。 日本已建成全国近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统。目前它在以监测地壳形变、预报地震为主功能的基础上，结合气象和大气部门开展GPS大气学的服务。 二、 GPS应用于电离层监测 GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS讯号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量(TEC)，以建立全球的电离层数字模型。 GPS卫星发射L1和L2。两个载波。由这两个载波可以削弱电离层对GPS定位的影响，或者说可以求定电离层折射。因为这一折射和载波频率有关。 当人们建立地区或全球电离层数字模型时，总是作简化的假定，所有自由电子含量都表示在一个单层面上，该面离地面高为H。这样的话，电子含量正可以用在接收机和卫星连线与此单层面交点(刺入点)处的电子含量Es表示，它可以视为E与刺入点处天顶距Z'的函数Ecos Z'＝Es。可以将在球面上的电子浓度Es加以模型化，例如写成经纬度的球谐函数等，这方面有很多专家提出了各种模型。IGS提出了一种电离层地图的交换格式(10nosphere Map Exchange Format，IONEX—Format)，它的作用是使基于各种理论和技术所获得的电离层地图能在统一规格的基础上进行综合和比较。电离层模型有各不相同的理论基础，而取得的数据来源的技术也不同，数据覆盖面也不完整，所以目前只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星讯号的差分码偏差(differential code biases—DCBS)用IONEX形式向全世界用户提供，下一步将通过比较，逐步联合起来。 三、 GPS应用于对流层监测 在GPS应用中，早期主要是轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到近期由于GPS轨道精度大大提高后，对流层折射已成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍。假设一个高程基本为零的地区，接收机所接收的GPS讯号从天顶方向传来的话，其延迟可以达到2．2—2．6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的(所以IGS分析中心提供的对流层参数是用2小时间隔一次)。也由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。 在GPS应用于对流层研究中，IGS的快速轨道和预报轨道信息对于天气预报会起重大作用。此外，IGS通过德国GFZ的“IGS对流层比较和协调中心”提供的每2小时的对流层天顶延迟系列就象是控制点，对于区域性或局部性的对流层研究来说，可以起到对流层延迟绝对值的标定作用。 与地基GPS大气监测不同，星基或空基GPS掩星法测定气象的技术有覆盖面广，垂直分辨好，数据获取速度快的优点。这一技术的原理是将GPS接收机放在某一低轨卫星(LEO)或飞行器的平台上，该GPS接收机一方面起到对该卫星(或飞行器)精确定轨的作用，同时又应用GPS掩星技术起到大气探测器的作用。在1997年进行的GPS/MET研究项目，证实了这个设想是可行的。预定于2000年4月发射的CHAMP卫星要利用GPS掩星法进行全球对流层折射(包括大气可降水分)的测定。 在今后几年中，还有阿根廷的SAC—C，我国台湾的COS—MIC，这些LEO卫星都要用星载GPS来定轨和利用掩星法测大气。 今后利用星载GPS的气象和电子浓度截面数值，结合地面GPS站数据，作成层折图像提供使用。今后3年中GPS／MET项目研究还要进行6次，预计它将在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。 四 、GPS作为卫星测高仪的应用 多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”。过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，目前也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏(地形)。据报告，试验时在空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的讯号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。

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