王 利

長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，陜西 西安 710054

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，開展對滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降和地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的高精度監(jiān)測，了解和掌握不同地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)災(zāi)害的變形規(guī)律和特征，從而實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的評價、預(yù)測和預(yù)警是一項必要而且迫切的科學(xué)任務(wù)。目前，GPS定位技術(shù)已在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在如何實現(xiàn)高精度快速定位方面仍然存在著尚未完全解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，如特殊環(huán)境條件下GPS觀測誤差的消除與改正，GPS原始觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗與判斷，不同災(zāi)害監(jiān)測需求下精度指標(biāo)的確定，高精度GPS數(shù)據(jù)處理方案的確定，GPS精密單點定位技術(shù)的精度和可用性，GPS動態(tài)定位技術(shù)的適用性，以及GPS實時變形監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)等。針對上述問題，本文對GPS高精度和快速定位所面臨的關(guān)鍵技術(shù)方法展開了深入的研究和探討，主要內(nèi)容如下：

（1）針對影響高精度GPS定位的誤差問題，重點探討了衛(wèi)星星歷和對流層延遲誤差對高精度GPS監(jiān)測結(jié)果的影響規(guī)律，提出了在基線較長或站間高差過大時宜采用精密星歷和對流層延遲改正模型進(jìn)行基線向量解算的處理措施。

（2）針對高精度GPS監(jiān)測中如何判斷測站觀測環(huán)境和接收機質(zhì)量的問題，提出了一種利用MP1與MP2之差Δ值的時間序列對GPS接收機性能進(jìn)行檢驗的新方法，可以快速檢驗并判斷GPS接收機的測量性能狀態(tài)。

（3）探討了GPS精密單點定位（PPP）技術(shù)在地面沉降等大范圍、緩變型地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的適用性問題，通過對某地區(qū)大范圍地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析，發(fā)現(xiàn)PPP技術(shù)監(jiān)測結(jié)果的內(nèi)符合精度可以達(dá)到5mm以內(nèi)，外符合精度可以達(dá)到20mm左右，表明靜態(tài)PPP技術(shù)在采取精細(xì)誤差修正模型改正等措施后，完全可用于厘米級精度的大范圍地質(zhì)災(zāi)害的變形監(jiān)測。

（4）為了提高靜態(tài)PPP技術(shù)的收斂速度、定位精度和可靠性，提出了一種基于基準(zhǔn)站改正信息和歷元差分的無模糊度PPP定位算法，該算法可大大縮短PPP的收斂時間，能夠在較大范圍內(nèi)快速、獨立地獲取各個監(jiān)測點上的形變信息，且精度和可靠性均有保障。

（5）為了降低GPS精密單點定位的硬件成本，研究了利用單頻GPS接收機進(jìn)行高精度定位的關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種基于GPS原始觀測值的單頻PPP算法。該算法通過增加電離層延遲先驗信息、空間和時間約束的虛擬觀測方程，將電離層延遲當(dāng)作未知參數(shù)與其他定位參數(shù)一并估計來高效修正電離層延遲誤差。結(jié)果表明：該算法的收斂速度和穩(wěn)定性較傳統(tǒng)方法有所改善，其靜態(tài)單頻單天PPP解的精度可達(dá)2～3cm、模擬動態(tài)單頻單天PPP解的精度可達(dá)2～3dm，完全可用于厘米或分米級精度的大范圍地質(zhì)災(zāi)害變形監(jiān)測。

（6）通過對滑坡監(jiān)測的精度、復(fù)測周期和速度三者關(guān)系的分析，探討了3種GPS快速定位技術(shù)在滑坡災(zāi)害動態(tài)變形監(jiān)測中的精度、適用范圍和限制條件等關(guān)鍵問題，實例和計算結(jié)果表明，RTK技術(shù)、GPS單歷元定位技術(shù)和實時PPP技術(shù)均可用于中速（4級）以上滑坡的實時動態(tài)變形監(jiān)測。

（7）基于本文研究的若干地質(zhì)災(zāi)害高精度GPS監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)和方法，提出了對甑子巖危巖體采用GPS靜態(tài)和動態(tài)定位技術(shù)相結(jié)合的監(jiān)測技術(shù)路線，并成功構(gòu)建了甑子巖危巖體GPS實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對危巖體變形情況的全天候、自動化和三維動態(tài)監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)對災(zāi)害體變形狀況的及時準(zhǔn)確預(yù)警，監(jiān)測結(jié)果的平面精度約為5mm，高程精度約為10mm。