GPS高边坡形变监测方法研究及实现

摘要

滑坡灾害是我国经常发生的地质灾害之一。对高边坡进行长期的形变监测，分析其变形信息，研究边坡的形变规律和方向，实现对滑坡灾害监测，减少财产损失，避免人员伤亡，成为我国乃至全世界经济发展的一项必要而紧迫的研究课题。
　　形变监测作为一个复杂的系统工程，本文从GPS形变监测的基础理论着手，对卫星系统的时间参考系和坐标参考系展开论述，着重推导了GPS卫星位置解算以及接收机的单点定位过程。文章对GPS测量误差进行定性分析并提出二阶多项式修正和差分消除误差的方案，详细说明了RINEX数据格式，包括导航文件和观测文件。在形变监测算法中，对两种常用的形变监测算法进行介绍，指出了常用算法计算时间随着搜索范围增大而指数增长以及系统成本过高不利于推广使用的缺点。根据形变监测的特点采用了载波相位相对定位算法，并对该算法进行改进，采用无偏估计法对载波双差数据进行检验和校正，用求相对位置变化量方法取代位置求解。根据系统要求，设计了基于ARM9处理器+NEO-M8T接收机的硬件平台。完成了形变监测系统软件设计，包括RINEX文件的读取、网络通信软件设计和形变解算的流程。通过MATLAB平台验证了该算法的可行性，并将MATLAB程序转换成C语言在ARM平台上实现，实现形变监测系统小型化，方便于具体的形变监测布置安装。
　　监测结果表明，经过无偏估计检验和载波相位平滑伪距处理改进的载波相位相对定位算法应用于形变监测，该算法能检测出大于或等于一周的载波周跳，且水平方向上的精度为4mm，垂直方向上的精度为7mm。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1 课题的研究背景及意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文主要研究内容及结构安排

第二章 GPS形变监测的基础理论

§2.1时间系统和常用空间坐标系

§2.2 GPS测量定位理论基础

§2.3 GPS测量误差类型与修正模型

§2.4 常用GPS数据格式

§2.5 本章小结

第三章 高边坡形变监测算法研究

§3.1 单历元解算模糊度法

§3.2 单历元似单差法

§3.3 载波相位相对定位法

§3.4 本章小结

第四章 形变监测系统硬件平台搭建

§4.1 TQ2440核心板

§4.2 ARM9底板设计

§4.3 NEO-M8T接收机模块概述

§4.4 硬件整体架构

§4.5 本章小结

第五章 形变监测系统软件设计

§5.1 GPS数据采集

§5.2 网络通信软件设计

§5.3 读取RINEX文件

§5.4 MATLAB仿真及ARM平台上实现

§5.5 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 论文工作总结

§6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果