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GPS 应用于垂直位移监侧的方案设计及数据处理方法

2010-03-06      来源:国土资源信息化     作者:莫乃鹤,李向新
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1 引言

全球定位系统(GPS , lobal , Postiioning system )是美国国防部研制的借助于分布在空中的多个GPS 卫星确定地面点位置的种新型定位系统与常规方法相比,GPS 定位技术建立控制网的特点是:自动化程度高、全大候高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等鉴于此,GPS 技术已成功运用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、地壳运动监测、工程变形监测等多种方面。

精密工程测量和变形监测,是以毫米级乃荃亚毫米级精度为目的的工程测量作在水平位移监测方面,使用GPS 技术已足以满足监测的精度要求。但在高程方面,却是个国际性的难题,目前还没有成熟的理论可以完全解决GPS 的高程问题采用传统测量方法对垂直位移的监测,于受多方面条件的制约,使得效率很低,耗时费丈,由此可见,一旦GPS 在垂直方向的监测精度达到监测要求,在实践中得到立拜将会带来巨大的经济效益,节省大量的人大物刀私时间。

本文针对这种情况,详细地分析了GPs 的误差来源,同时结合大型煤矿边坡设计厂将G PS 技术应用于垂直位移监测的方案司讨提出厂一套应用于该条件下的数据处理方法期待能解决。GPS 在蓦体条件下的高程问题。

2 误差来源分析及垂直位移监测方案的设计

GPS 测量的误差来源于CPS 卫星、卫星信号的传播过程和地面接受设备。在高精度的GPS 测量中,还应考虑与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等。

根据误差的性质,上述误差可分为系统误差和偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应及观测误差等;系统误差主要包括卫星的轨道误差、 卫星钟差、接受机钟差以及大气折射误差等。

在对矿区及周边环境进行实地考察后,选定了6 个高精度基准控制点(图l )。

通过选点,合理的避免或消除了大部分的误差。研究区域相对于卫星而言,在控制点处的影响条件是相同的,这就消除或是削弱了部分误差的影响。将研究的重点放在了通过平差的方法来提高CPS 垂直位移监测的精度上。

由于GPS 在高程方面的局限性,不能将GPS 直接应用于垂直位移的监测中。为了研究影响GPS 高程精度的因素,对布设的基准控制网按照fl 等水准测量进行施测。以11 等水准测量的平差结果作为基准点的准确高程,研究GPS 高程的问题。

为了很好地研究和解决GPS 的高程问题,使用了6 台套Trimble 双频GPS ,以期为单位进行研究工作。

在每期观测的开始,分上午和下午将GPS 接收机安置在基准点上观测3 小时,确保基准点有足够的精度,以用于研究基准控制网。

以图1 中的基准点A 、B 为研究对象:

其中s为基准点A 、B 之间的正常高差与大地高差的差值。研究区域最远的两个基准点之间的距离不超过5 公里,所研究区域的面积不超过 20 平方公里。在此情形下,可以认为大地水准面与WGS 一84 参考椭球面是平行的。理论上该控制网在同一观测时间段中,任意两点间的s 应该相等。由于存在电离层、GPS 信号传输、接受设备等的影响,该值不相等。

因为研究区域的面积很小,所以导致。不等的原因主要是由各种偶然误差所导致。由于影响GPS 观测精度的因素很多,不太可能针对具体的因素进行研究。该研究区域地形起伏不大,植被稀少,视野开阔,露天开采区形成的形状呈长方阶梯形盆状,监测点的对空视角良好。基准点均位于精心选定的地方,避开了水塘、高大树木、建筑物等会造成多路径效应的地方。

在这种情形下,将。作为一个综合了众多偶然误差一体的偶然误差作为研究对象,符合偶然误差的特性。而且有以下特点:

( l )在一定的观测条件下s 8的绝对值有一定的限值;

( 2 )绝对值小的。比绝对值大的s 出现的概率大;

( 3 )绝对值相等的止负。出现的概率相同;

( 4 ) s 的数学期望为零。

基于上述特点,以观测时间段为研究对象,以该时间段内任意两点之间的s 应该相等的原则,建立基于正态分布的s 分配方法。

虽然各期观测的时间段、气候条件等不同,但是从把影响。的诸多因素归为一体的角度来看,s 同样是符合正态分布的。研究。的分布规律,确定s 的分布参数,以该基准控制网的11 等水准测量数据为准确值,修正GPS 观测值,提高在该特定条件下GPS 在高程方面的观测精度。

该观测中,有6 台套CPS 可供使用,充分考虑了工作效率等问题后,在对监测点的监测上采用2 + 4 的工作方式。

在6 个测站同步观测相同的卫星的情况下,卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性,利用这些观测量的不同组合进行相对定位,可有效地消除或减弱相关误差的影响,从而提高相对定位的精度。

在进行观测时,分时间段进行,在一个时间段内,基准点保持不变,只流动监测点的仪器。以这种作业模式进行工作,可以避免引人新的误差,抵消或削弱具有相关性的误差或影响,从而提高观测数据的质量。

3 数据处理的方法

在针对监测点的监测方案中,2 + 4 的同步环为基本组成环形,所以平差的基本单位为2 + 4 的同步环。在数据处理时,只针对2 + 4 的同步环进行平差,异步环之间不进行联合平差。对于同步环的平差采用经典的间接平差方法。

在进行平差处理时,基准点的高程作为已知起算数据,同步观测中的基线向量中的高差分量为观测数据。

设同步环中各监测点的高程为参数,参数的纯量形式为:

对于权阵,最简单的方法是取为1 。

如上所述,对同步环列立误差方程,进行平差,便获取了对监测点的平差高程。

4 结论

通过上述分析,在本文研究的矿区内,其地形起伏不大,植被稀少,视野开阔,露天开采区形成的形状呈长方阶梯形盆状,监测点的对空视角良好,最远点距离不超过5 公里,基准控制网包围面积不超过 20 平方公里的情形下,本文有效地解决了高程问题,将GPS 技术合理的运用于变形监测中,提高了变形监测的工作效率。

参考文献

[1]陈永奇,吴子安,吴中如变形监测分析与预报[Ml . 北京:测绘出版社,1998 .

[2] 刘大杰,施一民,过静结.全球定位系统(GPs )的定位原理与数据处理[M } .同济大学出版社,1999 .

[3]崔希民,陈立武.沉陷大变形动态监测与力学分析[ M ] .北京:煤炭工业出版社,2004 .

[4]周忠谈,易杰军.GPs 卫星测量原理与应用[M } .武汉:测绘出版社,1997 .

[5]曾旭平.GPs 滑坡监测及数据处理研究ID ] .武汉:武汉测绘科技大学,2000 .

[6]李青岳.工程测量学.北京:测绘出版社,1984 .

[7]徐绍栓,张华海,杨志强,王泽民.GPs 测量原理及应用武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998

[8]孔祥元,梅是义.控制测量学.武汉:武汉大学出版社,1996

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