GPS变形监测数据处理方法的研究
|
摘要
对变形体进行监测是为了有效监视变形体的位移情况,并且通过不间断的、长期的重复测量跟踪监测目标,保证工程的安全性和可靠性,意义重大。近年来,GPS技术的应用得到迅猛发展,作为一种新的空间定位模式,在诸多领域,尤其是测量领域,取代传统的电子测量方法和光学测量方法。GPS变形监测的发展能够带来直接的经济效益,有效减轻测量工作的工作强度,极大提高工作效率。但前提是必须处理好GPS本身获取的数据和变形监测数据序列之间的关系,真正意义满足形变目标监测的需要。基于GPS技术的变形监测数据的处理与分析的具有较大的实际研究意义,特进行了本课题的研究。
本文详细介绍了GPS变形监测数据处理技术,并比较了监测数据处理技术的优劣优缺点,指出其中存在的问题。本文详细分析了GPS技术在测量过程中产生误差的原因和影响规律,同时给出了减少误差的各种方法,在此基础上,设计出GPS测量技术应用于变形监测的作业模式,给出分析结果。
作为一种高性能的信号分析方法,小波分析方法是小波理论的应用示例,GPS变形监测的数据处理当中,本文详细研究强噪声背景下有用信号的提取,同时结合地壳变形监测为例,从粗差的探测及数据去噪等对测实测数据进行处理,取得了满意效果,验证了变形监测数据处理的可靠性与可行性。
Deformation monitoring is targeted to monitor the displacement, with continuous, long-term repeated measurement tracking monitoring target,to ensure the engineering safety and reliability, which is of great significance. In recent years, the application of GPS technology gets swift and great development. As a new spatial positioning technology, it has replaced the traditional electronic measuring methodes and optical measuring methodes in many fields, especially in surveying field. The development of GPS deformation monitoring can bring economic benefits directly, reduce the surveying work intensity effectively, and improve the working efficiently. But the precondition is that the GPS data must be handled correctly, and the deformation information also should be analyzed correctly, to meet the needed objectives of true meaning of deformation monitoring. Deformation monitoring with GPS technology and the monitoring data processing is studied in this paper, as it is of great significance.
This paper introduces the GPS deformation monitoring data processing technology, and compares the advantages and disadvantages of monitoring data processing technologies, and the existing problems are also pointed out. This paper gives a detailed analysis of GPS technology in the processing of measurement error, and it also further figures out the corresponding error reducing methods. On this basis, operation mode of GPS technology in deformation monitoring is designed, and the results of the analysis is also studied.
As a high performance signal analysis method, wavelet analysis method is the application of wavelet theory in GPS deformation monitoring data processing. This paper studies the noise character under the strong background, and the extraction of useful signal, combined with the crustal deformation monitoring. From the gross error detection and outlier detection, the experimental GPS data is tested, the approving effect is obtained, and reliability and feasibility of the processing of deformation monitoring data are also verified.
本文详细介绍了GPS变形监测数据处理技术,并比较了监测数据处理技术的优劣优缺点,指出其中存在的问题。本文详细分析了GPS技术在测量过程中产生误差的原因和影响规律,同时给出了减少误差的各种方法,在此基础上,设计出GPS测量技术应用于变形监测的作业模式,给出分析结果。
作为一种高性能的信号分析方法,小波分析方法是小波理论的应用示例,GPS变形监测的数据处理当中,本文详细研究强噪声背景下有用信号的提取,同时结合地壳变形监测为例,从粗差的探测及数据去噪等对测实测数据进行处理,取得了满意效果,验证了变形监测数据处理的可靠性与可行性。
Deformation monitoring is targeted to monitor the displacement, with continuous, long-term repeated measurement tracking monitoring target,to ensure the engineering safety and reliability, which is of great significance. In recent years, the application of GPS technology gets swift and great development. As a new spatial positioning technology, it has replaced the traditional electronic measuring methodes and optical measuring methodes in many fields, especially in surveying field. The development of GPS deformation monitoring can bring economic benefits directly, reduce the surveying work intensity effectively, and improve the working efficiently. But the precondition is that the GPS data must be handled correctly, and the deformation information also should be analyzed correctly, to meet the needed objectives of true meaning of deformation monitoring. Deformation monitoring with GPS technology and the monitoring data processing is studied in this paper, as it is of great significance.
This paper introduces the GPS deformation monitoring data processing technology, and compares the advantages and disadvantages of monitoring data processing technologies, and the existing problems are also pointed out. This paper gives a detailed analysis of GPS technology in the processing of measurement error, and it also further figures out the corresponding error reducing methods. On this basis, operation mode of GPS technology in deformation monitoring is designed, and the results of the analysis is also studied.
As a high performance signal analysis method, wavelet analysis method is the application of wavelet theory in GPS deformation monitoring data processing. This paper studies the noise character under the strong background, and the extraction of useful signal, combined with the crustal deformation monitoring. From the gross error detection and outlier detection, the experimental GPS data is tested, the approving effect is obtained, and reliability and feasibility of the processing of deformation monitoring data are also verified.
引文
[1]胡友健,梁新美,许成功.论GPS变形监测技术的现状与发展趋势[J].测绘科学,2005.31(6)：46-57
[2]李声亭,尹辉,蒋征.变形监测数据处理[M].天津：天津大学出版社,2006
[3]赵藻.关于平差残差和单位权中误差的统计分析[J].武汉测绘科技大学学报,2004,24(6)：49-113
[4]张扬,余学祥.GPS变形监测信息提取方法的研究与软件研究.武汉大学,博士论文,2006
[5]6 Koch K. R, Yang. Y, Robust Filter For Rank Observation Models, Journal of Geodesy,2002,52:335-349
[6]Caspary W, Borutta H, Robust Estimation in Deformation Model, Survey Review, 2007,19(325):329-449
[7]张华海,高样,余学祥.矿区GPS网坐标转换[J].中国矿业大学学报,2008,48(9)：5788
[8]Awange J. L, Aduol F. W.0, An Evaluation of Robust Estimation Techniques in The Estimation of Geodetic Parameters, Survey Review,2008,25(93):34-69
[9]陈永奇,何秀风.GPS/INS组合导航系统滤波器设计.测绘学报,2007,27(2)：177-184
[10]徐吉坤.导航应用中的如何处理抗差.测绘学报,2006,5(13)：389-399
[11]杨元喜.抗差估计及应用[J].测绘学报,2007,21(1)：42-49
[12]李洪洲,杨元喜.污染分布的逼近及应用[J].测绘学报,2008,28(3)：209-214
[13]余学祥,吕伟才.基于标准化残差的相关观测抗差估计模型[J].武汉测绘科技大学学报,2006,24(1)：75-90
[14]黄享生.监测网的稳定性分析[J].测绘信息与工程,2008(3)：161-193
[15]刘经南,李维.GPS监测系统基准形变分析与动态随机模型阴.武汉测绘科技大学学报,2007,25(6)：48-88
[16]Cross P. A, Chen W, Ambiguity Resolution for Rapid GPS Positioning, Proceedings of CONSAS, South Africa,2005
[17]Corbett S. J, GPS For Attitude Determination and Positioning in Airborne Remote Sensing, Proceedings of GPS, USA,2004 (2):89-97
[18]Corbett. S. J, Cross P. A, GPS Single Epoch Ambiguity Resolution, Survey Review,2004,33(257):49-60
[19]陈永奇,James Lutes.单历元GPS变形监测数据处理方法的研究[J].武汉测绘科技大学学报,2006,23(4)：34-45
[20]余学样,徐绍锉.GPS变形监测信息获取的单历元解算方法研究[C].中国全球定位系统技术应用协会第六次年会论文集,昆明,2007(3)：33-50
[21]熊永良,黄丁发,张献洲.一种可靠的含约束条件的GPS变形监测单历元求解方法[J].武汉大学学报信息科学版,2008,26(1)：51-95
[22]栾瑞明.卡尔曼滤波理论在滑坡监测中的应用阴.地壳形变与地震,2006,14(1)：52-58
[23]张华海,金继读,李景芝等.GPS定位技术在地面变形测量中的应用[M].徐州,中国矿业大学出版社,2005
[24]余学祥,张华海,吕伟才等.卡尔曼滤波在GPS监测网中的应用[J].工程勘察,2002(7)：233-255
[25]吕伟才,余学样.卡尔曼滤波模型及其在GPS监测网中的应用[J].测绘学报,2006,30(1)：327-336
[26]Erwin and Gerhard, static positioning based Oil the fast ambiguity resolution approach "FARA":theory and first results. Manuscripta Geodactica (2005)11:35-59
[28]TEUNISSENPJG. The Least squares Ambiguity Decorrelation Adjustment:A Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation[J]. Journal of geodesy,2004 (3):69-89
[29]李淑慧,刘经南.整周模糊度搜索方法的效率比较和分析测绘通报,2006(10)：21-35
[30]李基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].科学出版社,2006.8
[31]廖向前,黄顺吉.GPS载波相位的检测方法[J].电子科技大学学报,2008,26(6)：15-39
[32]帐篷,李逊.GPS相位观测值中周跳的探测与修复.武汉测绘科技大学学报,2001(3)：56-96
[33]Daubechies I. Orthogonal Bases of Compactly Supported Wavelets[J]. Communications on Pure and Applied Mathematics,2005,41:870-880
[34]Khoonphool R.&Satirapod C. (2003)Reduction of multipath effect at GPS base station the use of wavelets. Proceeding of the National Conference on Maping and Geo Informatics,2003
[35]徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应用(修订版).武汉理工大学出版社,2007
[36]张杰,施一民等.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社,2004
[37]Daubechies I. The wavelet transform time-frequency localization and analysis. IEEE Transactions on IT,2006,36(5):961-1005
[38]Chalermchon Satirapod, Chris Rizos, Mutipath mitigation by wavelets analysis for GPS base station applications, Survey Review,2004,38(295): 32-51
[39]黄丁发,熊永良,袁林果.全球定位系统(GPS)理论与实践.西南交通大学出版社,2006
[40]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理.天津大学出版社,2005
[41]胡友健,罗云,曾云.全球定位系统GPS原理与应用.武汉：中国地质大学出版社,2006
[42]吉星升,董军,卢秀山.GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性[J].山东科技大学学报(自然科学版),2006,(4)
[43]张声享.变形数据分析方法研究及其在精密工程GPS自动监测系统中的应用.武汉理工大学.2007
[44]林符养,中国大陆现今地壳形变与GPS坐标时间序列分析[D].中国科学院上海天文台,博士学位论文,2005
[45]周伟,桂林,周林,等.MATLAB小波分析高级技术[M].西安：西安电子科技大学出版社,2006
[46]冯国庆,党亚明,章传银.变形监测信号消噪的不确定度四.测绘科学,2007,32(5)：210-229
[47]侯贺晟.GPS基准站连续观测数据的地壳运动微动态信息提取[D].中国地震局地震预测研究所,硕士学位论文,2006
[48]张春蕾小波变换在GPS变形监测中的应用[D].武汉：武汉大学,2007
[49]戴月明,朱习军,郭守军.基于小波分解的GPS监测数据消噪处理[J].山东科技大学学报(自然科学版),2006,24(2)：117-139
[50]黄德武.GPS变形监测中多路径效应影响研究[D].硕士学位论文(西南交通大学),2006
[51]詹必伟,鄂栋臣,姜卫平等,应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度GPS数据处理.极地研究,2007,17(8)：136-189
[52]田林亚,李鹏,宋超,利用离散小波探测沉降测值异常[J].测绘科学2007,32(1)：158-168
[53]文鸿雁.基于小波的变形分析模型研究[D].武汉：武汉大学,博士学位论文,2004
[54]吴中如,徐洪钟,施斌,李雪红等,基于小波分析的大坝观测数据异常值检测水电能源科学[J].2007,20(4)：12-35
[55]将锡生,黄红女.观测值序列的粗差探测方法阴.水电自动化与大坝监测,2006, 30(3)：356-360
[56]张声享,刘经南.GPS变形监测系统中消除噪声的一种有效方法[J].测绘学报,2007,31(2)：119-134
[57]陈永奇.单历元GPS变形监测数据处理方法的研究[J].武汉测绘科技大学学报,2005,23(4)：224-228
[58]余学祥.GPS变形监测信息的单历元解算方法研究[J].测绘学报,2002,31(12)：123-127
[59]李征航.利用GPS进行高精度变形监测的新模型[J].测绘学报,2006,32(8)：206-210
[60]胡昌华,张军波,夏军,张伟.基于MATLAB的系统分析与设计[M],西安：西安电子科技大学出版社,2005.12
[61]陈逢时,张守宏.一种利用子波变换多尺度分辨特性的信号除噪[J].信号处理,2006,12(2)：105-109
[62]王景阳,赵长胜,蔺生祥.GPS变形监测网的数据处理理论与方法[J].东北测绘,2008
[63]于正林,陶藻.形变测量数据的动态处理方法：平差模型误差理论及其应用论文集[J].北京：测绘出版社,2007
[64]陈永奇,吴子安,吴中如.变形监测分析与预报.北京：北京测绘出版社,2005
[65]韩宇,申旭娟,石章林.信号的多分辨率分析及其在消噪中的应用.联合大学学报,2007,13(17)：352-358
[66]陈强,黄声享,王韦.去噪效果评价的另一指标[J].测绘信息与工程,2008,33(5)：134-143
[67]易长荣,王威,陆阳等.求解GPS测站的ITRF坐标.武汉大学学报.信息科学版,专辑,2008,(33)：34-36
[68]周志强,李军.GAMIT使用指南[J].全球定位系统,2006
[69]中华人民共和国地质矿产行业标准.崩塌、滑坡、泥石流监测规范,2006
[70]Mallat S. and Hwang W L. Singularity Deteetion and Proeessing with Wavelets[J], IEEE Trans on IT,2002,38(2):67-90
[71]Donoho D L. Nolinear Wavelet Methods for Recovery of signals, Densities and Spectraform Indirect and Noisy Data[C]. Proceeding of Symposia in Applied Mathematics and Stand ford Repot[C].2002
[72]Donoho D L. De-Noising by Soft-Thresholding [J]. IEEE Trans on Information Theory,2004,41(3):123-233
[2]李声亭,尹辉,蒋征.变形监测数据处理[M].天津：天津大学出版社,2006
[3]赵藻.关于平差残差和单位权中误差的统计分析[J].武汉测绘科技大学学报,2004,24(6)：49-113
[4]张扬,余学祥.GPS变形监测信息提取方法的研究与软件研究.武汉大学,博士论文,2006
[5]6 Koch K. R, Yang. Y, Robust Filter For Rank Observation Models, Journal of Geodesy,2002,52:335-349
[6]Caspary W, Borutta H, Robust Estimation in Deformation Model, Survey Review, 2007,19(325):329-449
[7]张华海,高样,余学祥.矿区GPS网坐标转换[J].中国矿业大学学报,2008,48(9)：5788
[8]Awange J. L, Aduol F. W.0, An Evaluation of Robust Estimation Techniques in The Estimation of Geodetic Parameters, Survey Review,2008,25(93):34-69
[9]陈永奇,何秀风.GPS/INS组合导航系统滤波器设计.测绘学报,2007,27(2)：177-184
[10]徐吉坤.导航应用中的如何处理抗差.测绘学报,2006,5(13)：389-399
[11]杨元喜.抗差估计及应用[J].测绘学报,2007,21(1)：42-49
[12]李洪洲,杨元喜.污染分布的逼近及应用[J].测绘学报,2008,28(3)：209-214
[13]余学祥,吕伟才.基于标准化残差的相关观测抗差估计模型[J].武汉测绘科技大学学报,2006,24(1)：75-90
[14]黄享生.监测网的稳定性分析[J].测绘信息与工程,2008(3)：161-193
[15]刘经南,李维.GPS监测系统基准形变分析与动态随机模型阴.武汉测绘科技大学学报,2007,25(6)：48-88
[16]Cross P. A, Chen W, Ambiguity Resolution for Rapid GPS Positioning, Proceedings of CONSAS, South Africa,2005
[17]Corbett S. J, GPS For Attitude Determination and Positioning in Airborne Remote Sensing, Proceedings of GPS, USA,2004 (2):89-97
[18]Corbett. S. J, Cross P. A, GPS Single Epoch Ambiguity Resolution, Survey Review,2004,33(257):49-60
[19]陈永奇,James Lutes.单历元GPS变形监测数据处理方法的研究[J].武汉测绘科技大学学报,2006,23(4)：34-45
[20]余学样,徐绍锉.GPS变形监测信息获取的单历元解算方法研究[C].中国全球定位系统技术应用协会第六次年会论文集,昆明,2007(3)：33-50
[21]熊永良,黄丁发,张献洲.一种可靠的含约束条件的GPS变形监测单历元求解方法[J].武汉大学学报信息科学版,2008,26(1)：51-95
[22]栾瑞明.卡尔曼滤波理论在滑坡监测中的应用阴.地壳形变与地震,2006,14(1)：52-58
[23]张华海,金继读,李景芝等.GPS定位技术在地面变形测量中的应用[M].徐州,中国矿业大学出版社,2005
[24]余学祥,张华海,吕伟才等.卡尔曼滤波在GPS监测网中的应用[J].工程勘察,2002(7)：233-255
[25]吕伟才,余学样.卡尔曼滤波模型及其在GPS监测网中的应用[J].测绘学报,2006,30(1)：327-336
[26]Erwin and Gerhard, static positioning based Oil the fast ambiguity resolution approach "FARA":theory and first results. Manuscripta Geodactica (2005)11:35-59
[28]TEUNISSENPJG. The Least squares Ambiguity Decorrelation Adjustment:A Method for Fast GPS Integer Ambiguity Estimation[J]. Journal of geodesy,2004 (3):69-89
[29]李淑慧,刘经南.整周模糊度搜索方法的效率比较和分析测绘通报,2006(10)：21-35
[30]李基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].科学出版社,2006.8
[31]廖向前,黄顺吉.GPS载波相位的检测方法[J].电子科技大学学报,2008,26(6)：15-39
[32]帐篷,李逊.GPS相位观测值中周跳的探测与修复.武汉测绘科技大学学报,2001(3)：56-96
[33]Daubechies I. Orthogonal Bases of Compactly Supported Wavelets[J]. Communications on Pure and Applied Mathematics,2005,41:870-880
[34]Khoonphool R.&Satirapod C. (2003)Reduction of multipath effect at GPS base station the use of wavelets. Proceeding of the National Conference on Maping and Geo Informatics,2003
[35]徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应用(修订版).武汉理工大学出版社,2007
[36]张杰,施一民等.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社,2004
[37]Daubechies I. The wavelet transform time-frequency localization and analysis. IEEE Transactions on IT,2006,36(5):961-1005
[38]Chalermchon Satirapod, Chris Rizos, Mutipath mitigation by wavelets analysis for GPS base station applications, Survey Review,2004,38(295): 32-51
[39]黄丁发,熊永良,袁林果.全球定位系统(GPS)理论与实践.西南交通大学出版社,2006
[40]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理.天津大学出版社,2005
[41]胡友健,罗云,曾云.全球定位系统GPS原理与应用.武汉：中国地质大学出版社,2006
[42]吉星升,董军,卢秀山.GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性[J].山东科技大学学报(自然科学版),2006,(4)
[43]张声享.变形数据分析方法研究及其在精密工程GPS自动监测系统中的应用.武汉理工大学.2007
[44]林符养,中国大陆现今地壳形变与GPS坐标时间序列分析[D].中国科学院上海天文台,博士学位论文,2005
[45]周伟,桂林,周林,等.MATLAB小波分析高级技术[M].西安：西安电子科技大学出版社,2006
[46]冯国庆,党亚明,章传银.变形监测信号消噪的不确定度四.测绘科学,2007,32(5)：210-229
[47]侯贺晟.GPS基准站连续观测数据的地壳运动微动态信息提取[D].中国地震局地震预测研究所,硕士学位论文,2006
[48]张春蕾小波变换在GPS变形监测中的应用[D].武汉：武汉大学,2007
[49]戴月明,朱习军,郭守军.基于小波分解的GPS监测数据消噪处理[J].山东科技大学学报(自然科学版),2006,24(2)：117-139
[50]黄德武.GPS变形监测中多路径效应影响研究[D].硕士学位论文(西南交通大学),2006
[51]詹必伟,鄂栋臣,姜卫平等,应用GAMIT/GLOBK软件进行高精度GPS数据处理.极地研究,2007,17(8)：136-189
[52]田林亚,李鹏,宋超,利用离散小波探测沉降测值异常[J].测绘科学2007,32(1)：158-168
[53]文鸿雁.基于小波的变形分析模型研究[D].武汉：武汉大学,博士学位论文,2004
[54]吴中如,徐洪钟,施斌,李雪红等,基于小波分析的大坝观测数据异常值检测水电能源科学[J].2007,20(4)：12-35
[55]将锡生,黄红女.观测值序列的粗差探测方法阴.水电自动化与大坝监测,2006, 30(3)：356-360
[56]张声享,刘经南.GPS变形监测系统中消除噪声的一种有效方法[J].测绘学报,2007,31(2)：119-134
[57]陈永奇.单历元GPS变形监测数据处理方法的研究[J].武汉测绘科技大学学报,2005,23(4)：224-228
[58]余学祥.GPS变形监测信息的单历元解算方法研究[J].测绘学报,2002,31(12)：123-127
[59]李征航.利用GPS进行高精度变形监测的新模型[J].测绘学报,2006,32(8)：206-210
[60]胡昌华,张军波,夏军,张伟.基于MATLAB的系统分析与设计[M],西安：西安电子科技大学出版社,2005.12
[61]陈逢时,张守宏.一种利用子波变换多尺度分辨特性的信号除噪[J].信号处理,2006,12(2)：105-109
[62]王景阳,赵长胜,蔺生祥.GPS变形监测网的数据处理理论与方法[J].东北测绘,2008
[63]于正林,陶藻.形变测量数据的动态处理方法：平差模型误差理论及其应用论文集[J].北京：测绘出版社,2007
[64]陈永奇,吴子安,吴中如.变形监测分析与预报.北京：北京测绘出版社,2005
[65]韩宇,申旭娟,石章林.信号的多分辨率分析及其在消噪中的应用.联合大学学报,2007,13(17)：352-358
[66]陈强,黄声享,王韦.去噪效果评价的另一指标[J].测绘信息与工程,2008,33(5)：134-143
[67]易长荣,王威,陆阳等.求解GPS测站的ITRF坐标.武汉大学学报.信息科学版,专辑,2008,(33)：34-36
[68]周志强,李军.GAMIT使用指南[J].全球定位系统,2006
[69]中华人民共和国地质矿产行业标准.崩塌、滑坡、泥石流监测规范,2006
[70]Mallat S. and Hwang W L. Singularity Deteetion and Proeessing with Wavelets[J], IEEE Trans on IT,2002,38(2):67-90
[71]Donoho D L. Nolinear Wavelet Methods for Recovery of signals, Densities and Spectraform Indirect and Noisy Data[C]. Proceeding of Symposia in Applied Mathematics and Stand ford Repot[C].2002
[72]Donoho D L. De-Noising by Soft-Thresholding [J]. IEEE Trans on Information Theory,2004,41(3):123-233
© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号 地址：北京市海淀区学院路29号 邮编：100083 电话：办公室：(+86 10)66554848；文献借阅、咨询服务、科技查新：66554700 |