GPS技术在边坡变形监测中的应用与数据处理

李秉铎

摘  要：经济的发展离不开道路的支撑，而边坡是最为常见的一种道路安全事故类型，会给来往行人与车辆带来极大的安全隐患，所以必须要通过各种手段对边坡进行监测，并对监测结果进行分析，得出有用数据，从而控制边坡变形，保证道路使用的安全性。通过监测结果来判断边坡的变形情况，利用GPS技术实时性高、精密度高和自动化程度高等特点，提升边坡变形监测工作的效率与质量。

关键词：GPS技术;边坡变形监测;数据处理;小波理论

中图分类号：P228.4               文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.137

随着科学技术与经济的不断发展，GPS技术得到了广泛的应用，但是GPS所采集到的观测量会受到粗差的影响。通过稳健度分析理论对其进行推导，结合最大位移向量法来简化整体计算程序，可以提升监测稳健度。从当前GSP技术发展的实际情况及其在边坡监测中的应用情况入手，阐述科学化的GPS基础下的边坡监测方式和数据处理方式。

1  当前GPS技术在应用中存在的问题

虽然GPS技术经过多年来的发展，已经逐渐趋于完善，但是依然会受到自身特点和测量规范等外界因素的影响，导致在边坡变形监测时产生各种问题，影响了监测质量。

1.1  自由度差

为了控制卫星信号与多路径效应带来的负面影响，测量规范对测站周边环境作出了很高的要求——站点周围15°角及以上的空间必须没有任何遮挡物体，而且测站点与高压线和无线电台等之间要有足够的距离。因此，在选择测点之前，要对周围环境进行检查，保证周围没有任何大面积水面或者任何可以导致信号强烈反射的物体。虽然规定的比较详细，但是在实际实践过程中，因为监测点所在位置需要根据边坡地质构造来确定，可供选择的范围比较小，通常都不能满足规定中的要求，所以影响了工作的正常开展。

1.2  观测条件受限

观测条件将直接影响观测的精确性，但是因为边坡变形监测周围通常都是大型的山体，多路径效应引起的误差较大，如果不及时解决，则会影响监测结果的准确性。采用GPS技术对边坡进行监测涉及到的函数关系十分复杂，监测结果不仅会受到监测环境的影响，同时也会受到仪器质量、数据处理软件等多方面的影响，所以在利用GPS设备对边坡变形进行监测时，必须在现有基础上对监测理论和监测技术进行更深层次的研究，提升边坡检测工程质量。

2  小波理论下的GPS技术应用及数据处理

2.1  边缘处理及滤波

对小波函数定义进行分析时可发现，该函数在刚产生时，应用环境在正负无穷区间上，但是实际问题通常会在特定区间内出现，少数情况下会含有边缘条件。在解决边缘问题时，通常采取边缘向外对称延拓、补零延拓或者函数插值延拓等多种模式。如果信号处于有限区间，则小波分析尺度函数与小波函数也会产生在该区间上，再加上构造过程的影响，小波基会包含边界条件。

完成信号采样之后，可获得数量较多的有限频带，将所有的信号安置在特定频率区间中进行处理。信号的分解作用就是将所有被采集的信号分成不同种类，分别为低频部分与高频部分。如果情况需要，可以通过相关分解方式对低频部分进行二次分解，通过小波包分析法分解高频部分，解决混合信号，保证所有子信号的频率是不同的，所以小波分解法可以被广泛应用到各种信号处理中。

2.2  小波分解

假定系统原始信号总数量是N，则采样值为CN、n，分解的层数为M，则小波系数的序列为an和bn。对所有层中的小波系数进行计算，为了控制噪声，将所有层高频系统阙值控制

在θ，可以通过来计算阙值。计算所有层当中的阙值，

利用                           公式完成阙值计算，得到所

有层二次计算后的序列，即萍{dN-m，n}和{CN-m，n}。

2.3  采用小波分析法处理GPS变形监测数据

GPS信号发射直至接收的整个过程都会受到噪声的干扰，影响监测数值的精确性，所以需要对GPS观测数据进行处理，获取准确的观测序列。由于噪声的频比较高，所以可以通过小波变换的方式将其信号系统控制在0，控制信号当中没有实际作用的部分，并对所有的数据进行小波重构，保证去噪工作的正常开展。通常情况下，小波分解去噪方式可分为以下两个环节：①对采集的原始数据进行预处理，从数据的特点入手，综合各种小波类型选择最适合该数据使用的小波类型，明确分解层次，并对数据信号进行小波分解，消除所有的高频系统阙值，通过设定值对所有尺度模式下的高频系数进行阙值化处理。②重构处理所有尺寸的小波系数。假定f（x）属于监测点变形数据的基本竖列，通过Mallat分解方式对数据进行处理，按照数据频率差异将其分成不同的部分，使f（x）=Af（x）+Df（x）。对公式进行演化，计算出投影。尺度函数对应低通滤波器和小波函数对应带通滤波器，分解师会将所有有噪声的序列通过分解的方式带入到不同频带当中，在重构时，可以先将高频细节设定为0，得到重构以后的去噪变形序列，由此提升数据处理结果的科学性，让数据处理更好地为相关工作人员服务，控制边坡变形，提升道路使用的安全性。

3  结束语

随着科学技术的不断发展，GPS技术也在不断地完善。从近年来道路边坡监测实际情况来看，将GPS技术应用到道路边坡监测中可以改善传统道路边坡监测工作中存在的弊端，所以未来GPS技术在边坡变形监测中会得到越来越广泛的应用。但是因为GPS技术与常规监测技术相比对施工人员的要求比较高，且存在一些独特的规定，所以需要不断对其进行完善，提升工作效率。上文从当前我国相关技术的掌握情况、近年来的科学技术发展情况及小波技术的掌握情况来看，通过小波分析的方式来处理GPS监测点的变形信号可以有效减少信号当中的

噪声，保证重构工作的正常开展，控制监测结果当中存在的粗差和噪声，全面提升GPS监测数据的精确度，提升数据的使用效率，使其可以更好地为边坡监测服务。在实践中发现，使用Matlab数值计算和可视化软件等设备来完成工作可以提升小波分析在噪声消除方面的实际使用效率。小波理论在近年来发展速度比较快，在许多领域都有不俗的表现，以其良好的时频特征得到工作人员的青睐，所以可以使用小波方法对监测到的数据进行处理，保证信号重构与信号分解的正常开展，也可以通过该方式来控制噪声，效果良好。通过阐述小波使用方式及使用关键点，为相关工作人员提供工作经验，促进道路边坡检测工作更好、更快地发展。

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〔编辑：王霞〕

Application and Data Processing of GPS Technology in Deformation Monitoring of Slope

Li Bingduo

Abstract： Road Economic Development is inseparable from the support， and the slope is most common a road safety accident types， to bring a great security risk and pedestrians and vehicles， so must to through a variety of means to monitor the slope， analysis and monitoring of results， draw useful data， so as to control the slope deformation and ensure the safety of road use. Through monitoring the results to determine the deformation of the slope， the use of real-time GPS technology， high precision and high degree of automation， improve the efficiency and quality of slope deformation monitoring.

Key words： GPS technology; deformation monitoring; data processing; wavelet theory