关于精密测量的论文(精密测量技术论文)

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精密测量技术论文范文第1篇

中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：

1.概论

世界已进入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先要解决的就是获取可靠的信息，因此传感器技术越来越受到人们的重视。而随着传感器技术的发展，传感器所要面向的应用范围从纳米尺度到天文尺度两段都在不断扩展，精密测量技术已经得到了越来越多的研究和重视，这就使得作为现代精密测量的核心技术的光电检测技术的重要性与日俱增，因为传统的检测方法已经无法满足这些工作条件下的特殊要求。因此，光电检测技术的教学和研究已越来越受到国内为高等院校、科研机构和相关企业的重视。

现在一起科学技术是机械、光学、电学、计算机以及控制技术的综合化，光、机、电、算一体化已经成为仪器发展的趋势。传感器的微型化、纳米技术的发展，也对现代精密测量技术提出了越来越高的要求。在这种情况下，光电检测技术的重要性越来越明显。然而，在目前的测控技术月仪器体系中，光电检测技术的重要性并没有得到足够的重视。本文首先介绍了现代精密测量技术的发展现状，随之介绍了光电检测技术的基本内容及其面临的问题，最后提出应当突出光电检测技术的重要性，使之在测控技术与仪器专业体系中占有重要地位，这对培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

2.现代精密测量技术的发展现状

现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造机计算机技术为一体的综合叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。

科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米技术，即微/纳米技术。微/纳米技术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深入原子、分子级纳米层次。

纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发展到现在的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以制作10nm以下的线、柱、槽。

在这一大背景下，传统的测量方式已经很难发挥大的作用。因此，与精密测量技术的发展需求相对应，光电检测技术得到了越来越多的重视和应用。由于光电检测技术在工业测控、精密测量和计量方面的重要作用，特别是随着社会对产品质量意识的逐步提高。

3.测控技术与以其专业及其只是结构组成

测控技术与仪器技术隶属于信息技术领域的仪器科学与技术学科，其内容主要涉及测量控制与仪器仪表技术领域。随着科学技术尤其是电子信息技术的飞速发展，测量控制欲仪器仪表技术领域也发生了很大的变化。其自身结构已从单纯机械结构或机电结合或机光电结合的结构发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统，其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控国产。特别是进入21世纪以来，随着计算机网络技术、软件技术、微纳米技术的发展，测量控制与仪器仪表呈现出虚拟化、网络化和微型化的发展趋势，从而使仪器科学与技术学科的多学科综合及多系统集成的属性越来越明显。

由此可见，测控技术与仪器专业的学生其知识面必须比较宽，横跨了传感器、通讯、控制、计算机等多方面的内容。

光电检测技术的简介

技术的业务培养目标是：培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各个部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。

技术的业务培养要求是：主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论、测量与孔子理论和有关测控仪器的设计方法，手奥现代测控技术和仪器应用的训练，具有本专业测控技术及仪器系统的应用级设计开发能力。

光电检测技术的基本内容及其面临的问题

光电检测技术是测控技术与仪器专业能使技术人员了解和掌握光电转换的基本原理及光电检测技术所必须的各种知识，了解和掌握常用光电测量方法及常用测量仪器的使用，具备进行各种基本光电测量所需技能和设计简单光电检测电路的能力。

光电检测技术基本内容包括三方面的内容。

掌握与光电技术有关的基础知识、基本原理和基础效应。如：阴极光电效应，半导体光电效应，PN结的光电效应：光电池及光电二三极管工作原理，光电成像原理，CCD工作原理，直接检测的典型光路。

理解光电技术的基本应用。了解常用光电器件如光电培正管、摄像管、CCD器件、光电池、光电二三极管等的特性参数。了解基本光电检测系统的主要参数。

了解光电检测的基本方法及光电检测电路的设计思想。了解光电技术的发展及广泛应用。掌握各种基本光电检测方法的有关技术。

6.光电检测技术在测控技术与仪器专业体系中的作用

综上所述，《光电检测技术》课程在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性在不断增加。然而，在目前的测控技术与仪器专业课程体系中，《光电检测技术》课程的重要性并没有得到足够的重视。因此，我们需要对《光电检测技术》在测控技术与仪器专业课程体系中的作用进行重新认识。

光电检测技术在测控技术与仪器专业课程体系中的作用可以概括为四个字：承前启后。“承前”是指光电检测技术是传感器技术、工程光学、测控电路等内容的深入和拓展，“启后”则是指光电检测技术的内容是后续如光电仪器设计、智能仪器设计等环节的重要知识基础。没有对光电检测技术知识的良好掌握，要实现对各种现代精密测量技术的整体把握、实现符合要求的具有良好性能价格比的精密测量系统是不可能的。

7.结束语

因此，本文认为，在测控技术与仪器技术学习中，应当突出光电检测技术的重要性，在实验设备、授课学时、人员配置、科研技术等方面予以重点支持，使之在测控技术与仪器专业课程体系中占有与其在测量控制与仪器仪表技术领域的重要性相称的重要地位，这对于培养具有创新能力和前瞻意识的高素质人才具有良好的促进作用。

参考文献：

[1] 叶声华， 王仲， 曲兴华。 精密测试技术展望。机电一体化。2001，6: 6―7.

[2] 曲兴华。仪器制造技术。北京：机械工业出版社，2005.

精密测量技术论文范文第2篇

关键词： 检测技术； 制造工业； 在线检测； 发展方向

中图分类号： TH186 文献标识码： B 文章编号： 1009-8631（2013）01-0041-01

1 引言

检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。随着现代制造业的发展，许多传统的检测技术已不能满足其需要，表现在：现代制造产品种类有很大的扩充，现代制造强调实时、在线、非接触检测，现代产品的制造精度大大提高。现代加工工业正在向高速、精密、自动化、大批量生产的方向发展，传统的制造技术及生产管理模式正发生巨大变革。目前，在工业发达的国家里，一般工厂能稳定掌握lum的加工精度，通常将加工精度在0.1-lum的加工方法称为精密加工，而将0.lum的加工方法称为超精密加工。由于精密加工和超精密加工技术是固体电子元件、航天机械、激光用光学元件、核聚变装置零件等加工的主要技术，许多工业发达国家都极为重视精密和超精密加工技术的发展。在我国，精密加工与超精密加工技术越来越受到重视，同时，制造过程中的自动化与高速化程度也越来越得到提高，这就要求与之相适应的高精度、高速度的自动化检测设备和先进的检测手段。我国机械行业中测量技术大部分限于静态测量，缺乏动态检测技术，尤其在大、微、特殊形状、特殊位置的测试上与国际先进水平相差较大。

2 常用的检测基本形式

2.1手工检测技术。手工检测是使用千分尺、卡尺等常规量具、量仪人工校正测量，其效率低下，精度容易受到人为因素的影响，而且还导致了宝贵的机床机时的浪费，影响机床的利用及产品的加工质量。

2.2离线检测技术。加工工序之间、加工完成之后，将工件从机床上取下，利用其它检测设备（如三坐标测量机）进行检测。该方法一方面所采用的检测设备投资较大，由于我国大部分企业财力有限，因而难以具备高精度检测设备，这就给企业带来许多不变。另一方面，工件的多次装夹降低了生产效率，增加了重复定位误差，给生产和检测带来了诸多不变。

2.3 在线检测技术。通过为机床配备一个触发式测头以及相应的检测宏程序，构成机床在线检测系统。该技术将加工和检测集成在一起，实现了加工过程中的自动检测，是一项很有发展潜力的检测技术。

3 在线检测技术的优势及发展方向

3.1检测技术的发展历程。自然科学是人类认识世界和改造世界的强有力的武器，而自然科学的产生与发展都离不开测量。元素周期表的发明者门捷列夫说过：从开始有测量的时候起，才开始有科学。没有测量，精密科学就没有意义。新的测量方法标志着真正的进步，测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之十八世纪末期，由于欧洲工业的发展，要求统一长度单位。经过一百年的变迁，在1889年第一届国际计量大会上，规定了铂铱合金制成的具有刻线的基准尺（含铂90%，铱10%）作为国际米原器。1960年第十一届国际计量大会规定了采用X86在真空中的波长定义米。随着激光技术的发展，光速测量精确度的提高，现已用光速来定义米，即米是平面电磁波在真空中1/2997924585内所行进的距离。伴随着长度基准的发展，几何量测量器具也在不断改进。在十九世纪中叶以前，机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺，测量精度为11nrn。机械式测量器具，如游标卡尺和千分尺的出现，将测量精度提高到了0.01～1nrn。测量实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着数控机床在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。在线检测是一个动态测试过程。动态测试的工作条件和工作环境比静态测试要恶劣得多，而对测试技术的要求则很高，涉及到如传感器技术、通信技术、自动控制技术及计算机应用技术等多学科、多技术领域，同时也需建立新的测试理论和测试方法。国内外从事精密计量的学者、专家自七十年代后期开始进行研究，对其测试方法、评定准则、评定理论提出了自己的看法，并建立了数学模型、理论研究日臻完善和成熟。

3.2在线检测技术的优势。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提高了一套行之有效的方法。数控机床目前广泛应用的是触发式测头，具有价格低、可靠性强、自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，械的空气轴承的回转精度，在半径方向为0.02um，轴向为0.02um；德国PerthometerSsP及英国Talysuris轮廓计可测粗糙度等各种参数，测量结果数字显示并可绘图记录，显示范围为0.001-125um[4]，国内生产的轮廓仪可测量参数较少，最高测到Ra0.05-0.025um；德国克林贝格公司制造的PNC65型齿轮测量中心，可适应DIN，AGMA，150及自定义的评定标准，该机是直接在机上自动校调三维测头，使测量元件绝对位置精确，具有较高的机械精度和良好的稳定性。由此可见，我国在测量方面综合利用新技术、新原理、新方法上不如先进的国家，为了赶超国际先进水平，我国的不少科研机构和院校都在积极地探索先进的检测原理和方法，如由天津大学和南京依维柯汽车有限公司联合研制的依维柯白车身三维激光视觉检测系统，采用激光技术、CCD技术，利用基于三角法的主动和被动视觉检测技术实现被测点三维坐标尺寸的准确测量，其性能指标达到国际先进水平。

3.3目前国内外在线检测技术发展的主要方向。第一，在线检测系统的研究。从单参数检测向多参数综合检测；从单机检测向全生产线以及全车间全厂的在线检测，从单纯检测向检测与控制的闭环系统，从应用于大批量生产向应用于中小批量生产的柔性检测系统发展； 第二，微机化智能化。采用微机智能功能来保证在线检测系统能满足生产线上各种参数变化及外界条件干扰时，系统能迅速适应变化和排除干扰；第三，在线检测系统的可靠性。生产线要求长期连续运行，因此要求从可靠性设计开始，保证元器件制造、调试安装各环节的可靠性，并在系统中加入故障自检自诊断功能，从而提高在线检测系统的可靠度；第四，在线检测装置产业化。使装置模块化、通用化、标准化，以利于降低成本，推广应用。我国的在线检测技术，特别是光学、光电在线检测的应用，虽然起步较晚，但是随着光机电一体化仪器和装置及光电技术、计算技术的发展，在线检测技术已获得重大进展。采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势，是用新技术改造传统工业的主攻方向，也是符合我国国情的一项有力措施。我国金属切削机床的拥有量已超过300万台，在数量上居世界第二位，但其技术状态很差，老机床、普通机床多，高效、精密机床少。作为工业生产过程中最重要生产手段的机床设备处于这种状况则难以提高产品质量、劳动生产效率和经济效益。因此利用在线检测技术可在现有的设备上提高产品的质量，提高生产率。

参考文献：

精密测量技术论文范文第3篇

关键词：精密控制测量 铁路工程 设计

中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（c）-0047-02

精密工程测量规定了精密工程测量及其控制网的布设原则、等级、作业要求和数据处理方法。适用于各类工程的勘察设计、施工放样、安装调试、变形监测诸阶段的精密测量工作。在其他领域应用时，其原则也可参照执行。精密工程测量是工程测量的现展和延伸，它以绝对测量梢度达到毫米量级，相对测量精度达到1×10，以先进的测量方法、仪器和设备，在特殊条件下进行的测量工作。精密工程测量准确求定控制点和工作点的坐标和高程以及进行精密定向、精密准直、精密垂准，为经济建设、国防建设和科学研究服务。

对于一般工程来说精密工程控制测量不是一个新名词，而对于铁路来说确是最近几年得到长足的发展。

铁路精密工程测量过程分为以下几个步骤：（1）技术设计书的设计与编写。（2）现场的选点埋标及测量工作。（3）数据整理工作及技术报告的设计与编写；每一步中都要缜密筹划，周密组织，需要在工作中认真对待。

1 技术设计书的设计与编写

（1）铁路精密工程控制测量技术设计书，是指导精密工程控制测量的基础，也是指导后续工作的基础，因此必须编写的系统全面，特别是每个技术指标的制定，必须满足铁路的技术等级要求。编写前先要搜集过去工作资料，了解整个工程概况，包括工程所处的地理区域，过去工作的注意事项，工作方法及成果资料的精度指标。必须明确铁路的等级、设计时速及线路的设计资料，以此来确定铁路精密测量控制点的埋标等级，测量所用仪器方法，处理数据所用软件及成果资料达到的精度指标等。对于每个环节都要仔细斟酌，确保制定的测量方法及技术指标满足铁路设计要求，能够指导后续工作。

（2）坐标系统的设计：根据测区投影长度变形值的要求，采用任意带高斯正形投影抵偿坐标系进行坐标系分带设计。无碴轨道工程测量精度要求高，施工中要求由坐标反算的边长值与现场实测值应尽量一致，而国家的3°带投影坐标，在投影带边缘的边长投影变形值达到22.5 cm/km。因此采用工程独立坐标系，把边长投影变形值控制在一定范围内以满足施工测量的要求。德国高速铁路采用MKS定义的特殊技术平面坐标系统。MKS可根据需要把地球表面正形投影到设计和计算平面上，发生的（不可避免的）长度变形限定在10 mm/km 的数量级上。参考国外先进的控制测量技术，规定投影长度的变形值一般不大于10 mm/km。关于投影长度的变形值一般不大于10 mm/km的坐标系统，可选择以下三种数学模型：抵偿坐标系统、任意中央子午线坐标系统、任意中央子午线的任意较窄宽度带坐标系统。

2 现场的选点埋标及测量工作

2.1 选点工作

选点看起来是一项比较简单的工作，其实不然，无论GPS还是导线选点都要求有很高的技术水平的工作。如果点位选择不好，会给后续工作带来很大的麻烦。有时甚至因为点位的原因不能测量而必须重新选点。GPS点位要尽量选择在四周开阔的区域，在地面高度角15°内不应有成片的障碍物；点位应选择在交通方便，且利于安全作业的地方；点位附近不应有大面积水域或其它强烈干扰卫星信号接收的物体（如金属广告牌等）；点位须远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离均不得小于200 m，离高压输电线距离不得小于50 m；附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，尽量避开大面积水域。值得强调的是，点为要选在土质稳定，易于保存且容易到达的地方，尽量不要选在坎边、临时性的房屋顶上和距离线位太近的地方。实践证明，当有流动的物体经过GPS静态接收机附近时对信号的PDOP影响很大，因此也不要选在公路路边、铁路路基上，因为这样将会给后序的测量和数据处理带来很大的麻烦，有时甚至不得不重新选点测量。

2.2 埋标工作

一般来讲选点和埋标工作最好同时进行，避免选好点时间台长标记丢失给后续埋标工作带来麻烦。埋标最基本原则是按照事先选好的位置和尺寸埋设，但如果发现选点的位置有问题，可以适当的调整，如发现选好的位置有地下水、土质不好有淤泥等情况，就要做调整。调整时要看事先计划好的通视情况进行，避免任何点都不通视的点存在。根据现场情况，保证现场点名和事先设计好的点名完全一直，在印完每个点名时都要认真核对核实并拍好招片，现场仔细绘制好点之记。

2.3 测量工作

测量工作分为以下几个步骤。

（1）出工前的准备工作。

检查仪器检定证书是否在有效期内，仪器部件是否齐全，设备有无破损情况。最好进行实地测量，检查仪器是否能够正常。GPS测量最好用带有长水准气泡的基座，出工前要检校好每一个基座的对中器。基座检校是测量工作的基础，许多项目GPS测量返工大都由于基座问题造成了。基座检校主要是对中器，水准管两方面检校，须由专业人员或者工作经验丰富的人员检校。

（2）现场测量工作。

通过京沪高速铁路、太中银铁路、京石客运专线等多个精密控制项目GPS测量工作发现，GPS基座的由于在运输过程中长途颠簸，对中器和长水泡经常发生问题，所以要求操作者对基座做经常性的检查校正，发现问题及时解决处理。铁路GPS测量多采用四台基站测量，因为这样做效率较高。

（3）测量方法。

3 数据整理工作及技术报告的设计与编写

3.1 数据整理工作

3.2 技术总结的编写工作

技术总结应该详实缜密全面，主要是对测量过程、测量方法及测量成果的结论，总结出经验以便别人借鉴。

参考文献

[1] 戴建清.GPS控制测量技术在桥梁检测中的应用[J].科技资讯.2007（3）：23-24.

精密测量技术论文范文第4篇

关键词：现场超大尺寸测量；iGPS；数字摄影；组合测量

中图分类号：P205 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0181-02

Abstract：With the development of technology， super large-dimension measurement system in the forefront of scientific research， defence industry is also in the national production has a broad range of applications and needs. Size measurement with notable features： measuring space， measuring environment， interference factors much more complex features. This paper analyses and compares the existing eight large size measurement system analysis may be applied to in-situ super large-dimension measurement technology. Introduces the IGPS and digital photographic technique applied to large sizes measuring strengths and weaknesses.

Key words：super large-dimension measurement； iGPS； digital photography； combination measurement

技术的发展历史方向都是由常规向极端发展，随着测量技术的发展，测量范围也向极大极小尺寸发展。在小尺度上已经成功开辟了微纳测量研究领域，比较而言，现场超大尺寸测量的研究投入不足，尚未形成系统的理论和方法，对现场超大尺寸坐标测量技术及其相关理论体系的研究有待进一步深化。

和常规测量相比较，现场超大尺寸测量具有显著特点：测量空间大、测量环境复杂、干扰因素多，测量设备和测量系统必须在测量现场进行组建、校准和量值传递，精度保证困难；此外，极高的相对测量精度、被测对象多样性、测量效率低等也是大尺寸测量领域亟待解决的问题。现代大尺寸精密坐标测量技术是一门集电子、光学、图像、传感器、制造及计算机技术为一体的综合叉学科。

在重大技术装备涉及的关键技术中，大尺寸精密坐标测量技术是其中的基础支撑技术之一。国内发展势头最好的几个重装技术及应用领域，如大型飞机制造、电力能源设备制造及安装、船舶壳体装配等，都对超大尺寸精密测量技术提出了迫切需求。

1 超大尺寸测量

超大尺寸测量则是指在测量对象从十米到几百米尺寸范内的测量，而通常测量精度要求为1～10ppm。测量类型分类见表1。

超大尺寸坐标测量技术的需求和应用主要包括以下几个方面：（1）航空航天；（2）船舶工程与海洋工程；（3）电力电网行业；（4）大型建筑结构。（5）轨道交通。此外，大尺寸测量系统还应用于科学研究领域，如天体望远镜、粒子加速器等设备外形尺寸的研制，自动化生产设备（如机械手臂等）的运动参数分析中。超大尺寸测量系统无论在科研前沿、国防工业还是在国民生产领域都有着广泛的应用和需求，开展对超大尺寸测量系统相关理论和设备的研究具有广阔的应用前景。

2 技术比较

现存的大尺寸的测量方法主要有八种，表2对国际领先的八种典型大尺寸测量系统进行了比较。从表中可以看出关节臂测量机和三坐标测量虽然精度很高，但是由于其测量范围限制，并不能适用于超大尺寸的测量。对于经纬仪测量系统和全站仪测量系统而言，其自动化程度低，动态测量能力差，并不能满足现场实时测量的要求。激光跟踪和激光扫描测量系统对超大尺寸测量全场时间花费长，且对工作的环境要求很高，抗干扰能力差，不适合进行现场超大尺寸测量。

数字摄影测量系统在微米到几百米的尺度上都能进行较高精度的测量，便携及非接触测量的特点使得其能在恶劣和极端环境正常工作。可方便与其他测量系统形成组合兼容，是一种很有前景的现场超大尺寸测量技术。典型系统是美国GSI公司的V-STARS。V-STARS精度非常高，精度可达5μm+5μm/m。缺点是对软件数据处理能力要求很高，目前国内的软件处理离达到V-STARS的精度还有一定距离。

iGPS（indoorGPS）测量系统其原理跟GPS一样，利用三角测量原理建立坐标系，不同的是iGPS采用红外激光代替了卫星信号，它利用发射器发出红外信号。测量一个点所需要的最少发射器是2个，发射器越多，测量越精确，测量范围越大。理论上只要增加发射器数量，iGPS拥有无限扩展的能力，是最有前景的现场超大尺寸测量技术。iGPS目前主要应用机制造业，典型产品是美国ArcSecond公司的iGPS系统，如今该公司已被Nikon公司收购。在40m以内时测量精度较高，单点测点精度0.2mm。

3 结语

本文分析比较了八种大尺寸测量系统的特点，总结了在现场超大尺寸测量的应用前景。目前并没有适用全部情况的大尺寸测量系统，一般都是根据不同测量系统的优缺点，将几种测量系统组合的组合测量系统。

参考文献：

[1]陆建.关节式坐标测量机的运动学标定研究[D].昆明：昆明理工，2014.

[2]黄桂平，钦桂勤.大尺寸三坐标测量方法与系统[J].宇航计测技术，2007，27（4）：15-19.

[3]周虎.基于视觉的目标跟踪与空间坐标定位系统研究[D].天津：天津大学，2011.

[4]黄鸿伟.地铁隧道全站仪自动化监测的技术难点问题及解决方案[J].测绘通报，2016，0（8）：149-151.

[5]张启福.地面三维激光扫描仪性能测试方法研究[D].郑州：信息工程大学，2012.

精密测量技术论文范文第5篇

关键词：GPS；变形监测；应用现状；趋势

Abstract: Because GPS can continuously provide high precision 3D coordinates, to any user global all-weather three-dimensional velocity and time information and other technical parameters, present in all kinds of deformation monitoring has been widely used. This paper briefly introduces the concept and significance of GPS deformation monitoring technology, summarizes the application status and development trend of GPS deformation monitoring.

Key words: GPS; deformation monitoring; application status; trend

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、GPS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。随着社会和生产的飞速发展，各种大型的工程建筑越来越多，所以其变形监测的工作也变得越来越重要。若用传统的测量方法不仅工作量大，而且其精度也很达到，而GPS定位技术此时在变形监测中以其显示出传监测技术所无法取代的重要作用。

二、变形监测的基本概念

变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。自然界的变形危害现象很普遍，如地层、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。

所谓变形监测，就是利用测量仪器及其他专用仪器和方法对变形体进行监视、观测的工作。变形监测又称变形测量或变形观测，其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段，是工程测量学的重要内容。

三、变形监测的目的与意义

由于大型建(构)筑物在国民经济建设中的重要性，其安全问题受到普遍关注。各种工程规模越来越大，造价越来越高，工程要求也越来越精密，而一旦由于某种原因引起工程灾害，其后果将不堪设想。因此，准确地掌握各类工程的变形状态，实现预测和防治工程灾害的目的，显得十分重要。对重要建(构)筑物实施变形监测的主要目的及意义体现在以下几个方面。

1.分析和评价建筑物的安全状态

由于工程的地质条件、内部结构、使用中的荷载及振动等内外因素的影响，建(构)筑物及其设备在施工及运营过程中都会产生一定的变形，如建(构)筑物的整体或局部发生沉陷、倾斜、扭曲、裂缝等。这种变形如果超过了一定的限度，就会影响建(构)筑物的正常使用，可能危及其安全。因此，在各类工程在施工及运营期间，尤其是大型工程，一般都要进行变形监测，以监视建(构)筑物的安全状态。

2.验证设计原理，反馈施工质量

在国内外，存在不少因设计或施工质量问题而造成的工程事故。变形监测不仅能监视建(构)筑物的安全状态，而且其结果也是对设计数据的验证，同时起到反馈施工质量的重要作用，为改进设计和科学研究提供重要的资料和依据。

3.研究变形规律，进行合理分析和预报

通过大量的监测数据对变形体的变形规律进行系统的分析研究，更好的掌握变形机理，给出合理的物理解释，建立有效的变形预报模型，是变形监测的中心任务。

总而言之，变形监测有实用上和科学上两方面的意义。首先是实用上的意义，掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施;其次是科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型等。

四、GPS在变形监测应用的现状

工程变形监测方法主要有常规大地测量方法、特殊大地测量方法、摄影测量方法、智能全站仪(测量机器人)、空间测量技术(如GPS技术、合成孔径雷达干技术(INSAR))等。近年来，合成孔径雷达干涉技术(INSAR)、GPS技术、激光扫描技术、布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)、计算机层析成像(CT)技术等变形监测新技术成为国内外研究热点，并得到了广泛应用.基于GPS技术的变形监测理论与方法，是当前广泛采用的变形监测新方法、新技术之一。GPS卫星定位技术相比于传统的测绘作业方法与模式有着显著的特点和优越性，其优越的性能及广泛的适用性，是常规测量作业难以比拟的。GPS以其全天候、高精度、高效率、实时动态等优点，成为当今极为重要的监测手段之一。如今，GPS技术已广泛应用与地壳运动观测，区域地面沉降监测，矿区、坝区边坡稳定性监测，桥梁大坝及其他大型工程形变监测等诸多方面并取得了一系列成果，在实践中逐步发展、完善，积累了丰富的经验。将GPS技术应用于桥梁工程的变形监测方面，国内外开展了广泛的研究和试验。

80年代中期，我国引进GPS接收机，并应用于各个领域。同时着手研究建立我国自己的卫星导航系统。至今十多年来，据有关人士估计，目前我国的GPS接收机拥有量约有10万台左右，其中测量类约800-1200台，航空类约几百台，航海类约6万多台，车载类约2万多台。而且以每年2万台地速度增加。足以说明GPS技术在我国各行业中应用的广泛性。

在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面。组织个部门参加1992年全国GPS定位大会战。经过数据处理，GPS网点地心坐标精度优于0.2m，点间位置精度优于10-8。在我国建成了平均边长约100km的GPS A级网，提供了亚米级精度地心坐标基准。此后，在A级网的基础上，我国又布设了边长约30-100km的B级网，全国约2500个点。A、B级GPS网点都联测了几何水准。这样，就为我国各部门的测绘工作，建立各级测量控制网，提供了高精度的平面和高程三维基准。我国已完成西沙、南沙群岛个岛屿与大陆的GPS联测，使海岛与全国大地网联结成一个整体。

在工程测量方面，应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。加密测图控制点，应用GPS实时动态定位技术（简称RTK）测绘各种比例尺地形图和用于工程建设中的施工放样。

在我国，也有许多将GPS技术成功运用于桥梁变形监测的案例。2000年，香港高速公路管理局的Kai.Yue Wong等人利用GPS实时动态载波相位差分(RTK)技术建立了香港青马大桥监测系统1141，在桥面、桥柱和桥塔上布有27个测站，另外还设有两个基准站。GPS接收机与其它监测传感器一起组成了监测系统对青马大桥的安全进行监测，数据采样率为10Hz，通过通信光纤把数据从各个监测站传输到数据处理中心。该系统通过对桥梁位移和变形的高精度实时监测和分析，为桥梁的管理和维护提供了科学的依据。

五、GPS变形监测的发展趋势

1.建立GPS变形监控在线实时分析系统对于大坝、大型桥梁、高层建(构)筑物、滑坡和地区性地壳变形监测，研究建立技术先进而又实用的GPS变形监控在线实时分析系统是一个重要的发展趋势。这 种系统由数据采集、数据传输和数据处理与分析等几个主要部分组成，可以使监测数据得到及时地分析和处理，从而实时地评价变形的现状和预测其发展趋势，为灾害发生的可能性分析与预报提供科学依据，这对处于活跃阶段的滑坡体变形及断层的相对运动监测具有特别重要的意义。由于建立连续运行的GPS网络系统进行大坝和滑坡等变形监测，成本较为昂贵，因此，研究低成本的GPS一机多天线变形在线实时监测分析系统也一个颇有实际意义的研究方向。

2.建立“3S”(GPS、GIS、RS)集成变形监测系统随着计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，“3S”(GPS、GIS、RS)技术已从各自独立发展进入相互集成融合的阶段[20，21]。“3S”技术集成，可为分析、研究包括变形信息在内的各种灾变信息之间的相互关系提供技术支撑，特别是时态GIS(Temporal GIS，简称TGIS)技术的应用，它可以描述四维空间的地质现象，除具有一般GIS的功能外，还能够记载研究区域内各种地质现象随时间的演绎过程，这对滑坡等地质灾害的监测预报具有非常重要的作用。因此，研究“3S”集成变形监测系统，也是变形监测技术的重要发展趋势之一。

3.建立GPS与其他变形监测技术集成组合的综合变形监测系统为克服GPS技术用于变形监测的不足和局限性，根据变形监测的对象和目的，将GPS与其他变形监测技术(如IN2SAR、摄影测量和特殊变形测量技术等)集成组合形成综合变形监测系统，可实现不同监测技术之间的优势互补。例如，将GPS与INSAR集成组合成GPS/INS变形监测系统，可从离散点位测定进入到四维形变场(x，y，z，t)的整体动态精确测定，使GPS变形监测技术应用范围更加广阔。现在 GPS等空间测地技术不仅可以应用于水库大坝及各种滑坡的精密外观形变监测，而且已经用于研究板块运动、亚板块运动等问题，这在过去是不敢想象的。GPS等空间测地技术集成组合应用于大范围、整体性的地壳运动监测，将使地壳形变观测在空间域的控制能力和分辨能力方面得到极大地提高，这也为GPS等空间测地技术用于大型工程的变形监测带来了新的机遇，为推进高精度变形监测的研究注入新的活力。

4.将小波分析理论用于GPS动态变形分析为了克服经典Fourier分析不能描述信号时频特征的缺陷，可将小波变换用于GPS动态变形分析，即利用小波变换的多分辨率特性，实现GPS动态监测数据的滤 波、变形特征信息的提取以及不同变形频率的分离。通过小波变换提取变形特征的研究工作已经起步，但尚未取得实质性的研究成果。在第21届国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)大会上，国际大地测量协会(IAG)将“小波理论及其应用”确定为大地测量新理论的研究方向之一。在1999年召开的第22届IUGG大会上，“小波理论及其在大地测量和地球动力学中的应用”再次被IAG确定为GIV分会(大地测量理论与方法)的新的研究课题。由此可见开展小波理论及其应用研究的重要性。小波分析为高精度变形特征提取提供了一种数学工具，可解决其他方法无法解决的难题，对非平稳信号消噪有着其他方法无法比拟的优点。因此，小波分析理论在GPS动态变形监测的数据处理与分析方面将可发挥重要作用。

参考文献：

[1]过家春.GPS术在桥梁变形监测中的应用研究[J].合肥工业大学出版社.2010.