（將樂縣煤炭行業(yè)管理辦公室， 福建 三明 353300）

0 引言

1990年代后，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。其定位的絕對或相對精度從m級(jí)擴(kuò)展到cm級(jí)、mm級(jí)乃至亞mm級(jí)，從而大大拓寬了它的應(yīng)用范圍。但利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測時(shí)，由于偽距單點(diǎn)定位、載波相位測量和整周跳變等數(shù)據(jù)都是基于一個(gè)時(shí)間段里的觀測數(shù)據(jù)，在觀測時(shí)段上，從測站上開始搜索、接收衛(wèi)星信號(hào)起至停止觀測間的連續(xù)工作時(shí)間段，不同等級(jí)的GPS測量對觀測時(shí)段長度有不同的要求，同時(shí)在不同時(shí)間段及不同儀器觀察的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差而也不盡相同，因此 GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)精度有一定的影響。而其定位數(shù)據(jù)精度受衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘鐘差、對流層延遲、電離層延遲、多路徑誤差、接收機(jī)鐘鐘差、接收機(jī)的位置誤差、接收機(jī)測量噪聲以及數(shù)據(jù)處理軟件本身的質(zhì)量等多種誤差的影響，在數(shù)據(jù)處理傳輸過程中，還將涉及周跳的探測及修復(fù)、整周模糊度的確定等一系列誤差影響。這些誤差在GPS定位中都不可避免的產(chǎn)生，而其各種誤差都將或大或小對變形監(jiān)測產(chǎn)生影響，對于變形體本身來說，GPS周期性變形監(jiān)測中的兩期觀測數(shù)據(jù)的坐標(biāo)差是對形變體本身的形變反應(yīng)還是GPS觀測誤差的反應(yīng)，這就很難確定了。

因此，只有掌握GPS定位原理，理解這些誤差源的性質(zhì)及其影響，才能在制定出更好的技術(shù)方案和作業(yè)方式，更好的消除和減弱GPS定位中各種誤差的影響，提高GPS定位觀測的數(shù)據(jù)成果的準(zhǔn)確性和精確性，從而使GPS定位技術(shù)在各種變形監(jiān)測中更加廣泛的應(yīng)用。

1 GPS定位原理

1.1 偽距測量原理

在偽距測量中，GPS觀測過程中時(shí)間誤差傳遞的影響原理如下：假設(shè)用戶的位置己知為(Xk, Yk, Zk)，在該點(diǎn)設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)，tk時(shí)刻觀測衛(wèi)星Si的偽距考慮衛(wèi)星鐘鐘差、電離層和對流層延遲、時(shí)間測量隨機(jī)誤差等，必須引入各種誤差改正，所以得到觀測方程如下：

式（2-1）中δtk表示接收機(jī)鐘差，δti表示衛(wèi)星鐘差，表示電離層折射影響，δρkp

i表示對流層折射影響，(Xi，Yi，Zi)表示衛(wèi)星在ti時(shí)刻的位置坐標(biāo)。由于通過GPS接收機(jī)的基本觀測量僅能得到時(shí)間延遲τ，無法得到信號(hào)的發(fā)射時(shí)間ti，因此必須由接收時(shí)間tk算出ti, ti=tk-d/c，然后根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航電文所給出的衛(wèi)星星歷參數(shù)可以計(jì)算出ti時(shí)刻的衛(wèi)星位置坐標(biāo)(Xi，Yi，Zi)，因此從衛(wèi)星到接收站的距離就可通過計(jì)算得到，再根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的衛(wèi)星鐘差改正、電離層和對流層延遲改正等參數(shù)，修正觀測方程中的誤差項(xiàng)，這樣式（2-1）中的未知量僅剩下本地時(shí)鐘誤差δtk一項(xiàng)，因此從原理上講，僅觀測一顆GPS衛(wèi)星就可實(shí)現(xiàn)時(shí)間傳遞，而同時(shí)觀測多顆衛(wèi)星則可以提高時(shí)間傳遞的精密度。

1.2 絕對定位原理

GPS絕對定位是一個(gè)用戶利用GPS接收機(jī)，以地球質(zhì)心為參考點(diǎn)，對衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收和觀測，確定接收機(jī)天線在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對位置，又稱單點(diǎn)定位或偽距定位。

絕對定位的基本原理是以GPS衛(wèi)星和用戶接收機(jī)天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎(chǔ)，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，來確定接收機(jī)天線所對應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測站的位置。GPS絕對定位方法的實(shí)質(zhì)是測量學(xué)中的空間距離后方交會(huì)。有動(dòng)態(tài)絕對定位和靜態(tài)絕對定位兩種方式，且動(dòng)態(tài)絕對定位中一般采用測碼偽距定位法。

對利用偽距進(jìn)行單點(diǎn)定位時(shí)，一般要同時(shí)觀測4個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，由式（2-1）即可建立起相應(yīng)的方程組，解算該方程組可得到測站i的位置參數(shù)和相應(yīng)時(shí)刻的接收機(jī)鐘差。因此只要同時(shí)保持4個(gè)以上的衛(wèi)星觀測值即可進(jìn)行單點(diǎn)定位。

1.3 相對定位原理

GPS相對定位是利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)分別安置在不同的GPS點(diǎn)上，并同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，將所獲得觀測值按一定的方法進(jìn)行差分處理，消除一些誤差對各觀測值影響的相關(guān)部分，然后再進(jìn)行解算，可以獲得GPS點(diǎn)間的相對位置或基線向量，GPS相對定位也叫差分GPS定位(如圖2-2所示為GPS相對定位原理示意圖)。根據(jù)觀測模型有衛(wèi)星間求差分模型、測站間求差分模型、歷元間求差分模型三種，根據(jù)其信息的發(fā)送方式可分為偽距差分、相位差分及位置差分等。在GPS觀測中各種差分均由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果，GPS差分定位技術(shù)也是目前GPS測量中定位精度最高的定位方法。

2 GPS定位中的各種誤差源

在GPS定位系統(tǒng)中，需要利用遙測信號(hào)到達(dá)測量站的時(shí)間來計(jì)算目標(biāo)的位置，由于是以時(shí)間來定位，因此需要將衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘同步到某一時(shí)間基準(zhǔn)上，同時(shí)要求觀測得到的時(shí)間的精密度要高，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懙蕉ㄎ唤馑闶欠駵?zhǔn)確，要求各測量站時(shí)鐘之間要高精度的時(shí)間同步，其不同步誤差將直接造成測量誤差，且要求各測量站間能實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的時(shí)間同步。在GPS測量過程中的主要誤差來源在GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過程和地面接收設(shè)備，同時(shí)在高精度的GPS測量中,還應(yīng)注意到與地球整體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的地球潮汐、負(fù)荷潮及相對論效應(yīng)等影響。

2.1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

2.1.1 衛(wèi)星星歷誤差

衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實(shí)際位置間的偏差，由于衛(wèi)星空間位置是由地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)衛(wèi)星測軌結(jié)果計(jì)算求得的，所以又稱為衛(wèi)星星歷誤差。它是一種起始數(shù)據(jù)誤差，其大小取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量及空間分布、觀測值的數(shù)量及精度、軌道計(jì)算時(shí)所用的軌道模型及定軌軟件的完善程度等。

2.1.2 衛(wèi)星鐘誤差

在實(shí)際觀測中，GPS時(shí)間系統(tǒng)必須由地面監(jiān)測系統(tǒng)來確定和保持，地面監(jiān)測系統(tǒng)測出衛(wèi)星時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的偏差，并通過導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶，用戶用導(dǎo)航電文中的鐘差改正參數(shù)修正衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的偏差，衛(wèi)星鐘的這種偏差可用如下的二階多項(xiàng)式進(jìn)行改正：

式（3-1）中，toe為衛(wèi)星鐘修正的參考?xì)v元，a0、a1、a2為衛(wèi)星鐘的鐘差、鐘速及鐘速變化率。經(jīng)過這樣的修正，各衛(wèi)星的時(shí)鐘與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的偏差可以保持在20ns，由此引起的等效距離偏差不會(huì)超過6m，但是在美國實(shí)施SA技術(shù)以后精密度大為降低。在相對定位中，經(jīng)過改正后的衛(wèi)星鐘誤差殘余誤差可通過觀測量求差(或差分)的方法消除。

2.1.3 相對論效應(yīng)

相對論效應(yīng)是由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)(運(yùn)動(dòng)速度和重力位)不同而引起衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘之間產(chǎn)生相對鐘誤差的現(xiàn)象。在狹義相對論的影響下，衛(wèi)星鐘比靜止在地球上的同類鐘走的慢，而在廣義相對論的影響下，衛(wèi)星鐘比靜止在地球上的同類鐘走的快，因此在狹義和廣義相對論的影響下，鐘安放在衛(wèi)星上比安放在地面上要快，為消除這一影響,一般將衛(wèi)星鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率減小4.5×10-3Hz。

2.2 傳播過程中有關(guān)的誤差

2.2.1 電離層誤差

在地球上空距地面 50km-100km之間的電離層中，氣體分子受到太陽等天體各種射線輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈電離，形成大量的自由電子和正離子。當(dāng)GPS信號(hào)通過電離層時(shí)，與其他電磁波一樣，信號(hào)的路徑發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)發(fā)生變化，從而使測量的距離發(fā)生偏差，這時(shí)用信號(hào)的傳播時(shí)間乘上真空中光速得到的距離就不會(huì)等于衛(wèi)星至接收機(jī)之間的幾何距離，從而產(chǎn)生電離層延遲誤差，這種偏差稱為電離層折射誤差。

電磁波經(jīng)過電離層由于折射率n的變化引起的傳播延遲量δp=∫(n-1)ds ,由大氣物理學(xué)的折射公式可以得到時(shí)間延遲：

式(3-2)中f為觀測頻率，C為光速，Ne為傳播路徑上的電子總含量，r0為經(jīng)典電子半徑。由式(3-2)可知電磁波在電離層中產(chǎn)生的各種延遲與電磁波傳播路徑上的電子總量有關(guān)。假設(shè)在1986年5月23日16時(shí)觀測，其電子含量為5×1011個(gè)，其觀測頻率為1500MHZ時(shí)，即該時(shí)刻的觀測的電離層時(shí)間延遲δt為2.2ns。

2.2.2 對流層誤差

對流層延遲是電磁波信號(hào)通過對流層時(shí)其傳播速度不同于真空中光速所引起的。地球表面上約20km-50km的大氣層稱為對流層。與電離層一樣，電磁波在穿過對流層時(shí)GPS信號(hào)產(chǎn)生折射，從而引起對流層上的傳播延遲。由于對流層距地面很近，大氣的狀態(tài)受地面氣候的影響很大，且對流層隨緯度和高度的變化呈現(xiàn)出很大的變化，而且隨時(shí)間變化也非常快，因此在GPS觀測中，不同時(shí)間段觀測的時(shí)間延遲是不一樣的，因此對流層誤差也有所不同。

2.2.3 多路徑誤差

由于接收機(jī)周圍環(huán)境的影響，衛(wèi)星信號(hào)(反射波)將會(huì)通過若干條路徑（間接路徑）到達(dá)進(jìn)入接收機(jī)天線，因此到達(dá)接收機(jī)的各條射線經(jīng)歷的傳播時(shí)間不同，這使得接收機(jī)所收到的信號(hào)中含有各種反射和折射信號(hào)的影響，這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)就被稱作多路徑效應(yīng)。對于載波信號(hào)來說，其波程差Δ使地面反射波中的偽噪聲碼比直接波中的偽噪聲碼增加一個(gè)時(shí)延：

式（3-3）中H為天線離地面的高度，θ為觀測仰角，假設(shè)天線離地面的高度H為1.5m，觀測仰角θ為45。，這種情況下由多路徑產(chǎn)生的時(shí)間延遲Δt為7ns，相當(dāng)與距離誤差為2.1m。

2.3 與接收機(jī)有關(guān)的誤差

2.3.1 接收機(jī)鐘誤差

接收機(jī)的鐘面時(shí)與GPS 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異稱為接收機(jī)鐘差。GPS 接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘，其精度約為 10-9，遠(yuǎn)達(dá)不到原子鐘 10-15的精度，若接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為1μs，由此產(chǎn)生的等效距離誤差約為300m。為了更好的消除由接收機(jī)鐘引起的誤差，可把每個(gè)觀測時(shí)刻的接收機(jī)鐘差當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的未知數(shù)，并認(rèn)為各觀測時(shí)刻的接收機(jī)鐘差間是相關(guān)的，在數(shù)據(jù)處理中與觀測站的位置參數(shù)一并求解，從而減弱接收機(jī)鐘差的。

2.3.2 接收機(jī)的位置誤差

相位中心隨著信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，這種差別叫天線相位中心的位置偏差，這種偏差的影響可達(dá)數(shù)毫米至厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要。為了減少天線相位中心位置偏差的影響,要求我們安置天線時(shí)要以天線附有的方位標(biāo)進(jìn)行定向，同時(shí)使用性能好的天線(如扼流圈天線)，以求盡可能的減少相位中心位置偏差帶來的誤差。在實(shí)際工作中若使用同一類天線，在相距不遠(yuǎn)的兩個(gè)或多個(gè)測站同步觀測同一組衛(wèi)星，可通過觀測值求差來減弱相位偏移的影響。

2.3.3 周跳

在實(shí)際觀測條件下，接收機(jī)往往會(huì)由于某種原因(如衛(wèi)星信號(hào)被擋住)對衛(wèi)星短時(shí)間失去跟蹤，在失去跟蹤時(shí)間內(nèi)相位的變化就不能被測出，即載波相位的小數(shù)部分是連續(xù)，而其整周數(shù)不再連續(xù)，因此稱為失周或失鎖，也稱為周跳。在短距離 GPS 基線定位中，大氣軌道誤差基本被抵消，電離層和對流層延遲由于它們的相關(guān)性也消除了大部分影響，失周大小能保持較好的整數(shù)特性，較容易處理。

2.4 其他因素誤差

在高精度的GPS測量中，除了上述三類誤差外，還有其它的一些誤差來源，如地球自轉(zhuǎn)和地球潮汐，對GPS定位也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，如果衛(wèi)星的瞬時(shí)位置是在信號(hào)發(fā)播的瞬時(shí)計(jì)算的，那么還應(yīng)考慮地球自轉(zhuǎn)的改正。因?yàn)槿裟骋粫r(shí)刻衛(wèi)星從該瞬時(shí)空間位置向地面發(fā)射信號(hào)，當(dāng)?shù)孛娼邮諜C(jī)接收到衛(wèi)星信息時(shí)，與地球固聯(lián)的協(xié)議坐標(biāo)系相對于衛(wèi)星發(fā)射瞬間的位置已產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。這樣，接收到的信號(hào)會(huì)有時(shí)間延遲Δt，這個(gè)延遲與地球自轉(zhuǎn)速度有關(guān)。若地球自轉(zhuǎn)速度Δt時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度為

式（3-4）中Δτij可為衛(wèi)星信號(hào)傳播到觀測站所需的時(shí)間，因此地球自轉(zhuǎn)的時(shí)間延遲將引起坐標(biāo)系中的坐標(biāo)微小誤差。消除地球自轉(zhuǎn)的影響的誤差可通過對測站或衛(wèi)星位置進(jìn)行改正的方式來對測站位置進(jìn)行改正。

根據(jù)以上分析，現(xiàn)將GPS定位中偽隨機(jī)碼（C/A碼）捕獲的載波信息中主要誤差引起的相對偏差值列于表1。

表1 GPS定位中主要誤差引起的相對偏差值

3 GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測的影響

利用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測的作業(yè)方式可分為周期性和連續(xù)性模式。在周期性GPS靜態(tài)相對定位的變形監(jiān)測中，其GPS定位精度與基線邊長、時(shí)段長度、儀器性能、多徑干擾、衛(wèi)星星歷、電離層延遲、對流層延遲、天線相位中心變化、基線解算、各項(xiàng)觀測誤差的模型誤差以及監(jiān)測網(wǎng)平差方法等眾多因素有關(guān)。當(dāng)幾期位移量變化很微小時(shí)可適當(dāng)延長其觀測周期，以便能更好的觀測變形體的真正變形量，即觀測時(shí)間間隔的長短確定對變形監(jiān)測也具有一定的影響。

在一般的GPS變形監(jiān)測中觀測者關(guān)注的是兩期的變形量數(shù)據(jù)，而不是變形監(jiān)測點(diǎn)本身的坐標(biāo)，但在GPS周期性變形監(jiān)測中各點(diǎn)的兩期坐標(biāo)差不可避免的含有系統(tǒng)誤差或偶然誤差，那么在監(jiān)測數(shù)據(jù)中便包含了GPS定位中產(chǎn)生的誤差值，從而影響了監(jiān)測的準(zhǔn)確性，特別是對于監(jiān)測點(diǎn)的變化量較小的，其兩期變化量是由GPS定位中產(chǎn)生的誤差的反應(yīng)，還是點(diǎn)位真正的變形量引起的便難以判斷了。

3.1 GPS定位中產(chǎn)生的誤差對GPS數(shù)據(jù)的影響的分析

在地形起伏不大的平坦地區(qū),當(dāng)點(diǎn)之間的距離不大時(shí),可以認(rèn)為兩點(diǎn)的高程異常相同或非常小，可以忽略不計(jì)，這樣就可以采用兩點(diǎn)之間的GPS大地高差代替正常高高差。

現(xiàn)以GPS沉陷變形監(jiān)測為例[2]。監(jiān)測區(qū)域有6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，測線全長403 m。GPS監(jiān)測的同時(shí)也采用附合水準(zhǔn)路線按三等水準(zhǔn)要求對6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行觀測。水準(zhǔn)測量所得各點(diǎn)高程和用GPS測量經(jīng)無約束平差后所得的高程，見表2為水準(zhǔn)測量高程與GPS測量高程的比較。

表2 水準(zhǔn)測量高程與GPS 測量高程的比較

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傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量對于高程測定具有較高的精度，所以水準(zhǔn)測量所得的高程與GPS測量經(jīng)無約束平差后所得的高程差值△H= H水-HGPS即是GPS測量高程中含有誤差的反應(yīng)，其誤差可能由于GPS定位中產(chǎn)生的誤差和數(shù)據(jù)處理過程中產(chǎn)生的誤差（無約束平差中產(chǎn)生的誤差對數(shù)據(jù)影響較大）。因此考慮到水準(zhǔn)測量中誤差的影響，其個(gè)別觀測點(diǎn)（如1、4點(diǎn)）的水準(zhǔn)測量結(jié)果與GPS觀測結(jié)果的高程差存在較大差值主要是因?yàn)镚PS定位中產(chǎn)生了誤差，由此可知GPS定位中產(chǎn)生的誤差對GPS測量的數(shù)據(jù)有一定的影響。

3.2 GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測水平位移影響的實(shí)例分析

相鄰兩周期某個(gè)水平位移監(jiān)測點(diǎn)是否為顯著性的變形，即該點(diǎn)水平位移變化量到底是由觀測誤差所引起的，還是點(diǎn)位真正的變形引起的，必須對其進(jìn)行區(qū)分。下面便以GPS定位在某監(jiān)測網(wǎng)變形監(jiān)測中平面位移變形的數(shù)據(jù)[5]為例，分析相鄰兩周期各點(diǎn)水平位移監(jiān)測點(diǎn)的穩(wěn)定性及由GPS定位中產(chǎn)生的誤差對各點(diǎn)穩(wěn)定性的誤判。該次實(shí)驗(yàn)使用的是Trimble 5700系列雙頻GPS接收機(jī)，標(biāo)稱精度為5mm+1ppm。

根據(jù)方案對該網(wǎng)進(jìn)行觀測，并對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，如圖 1為水平監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)型圖。GPS對該監(jiān)測網(wǎng)中各點(diǎn)的水平位移的兩期網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)差監(jiān)測成果見表3。

圖1 水平監(jiān)測網(wǎng)網(wǎng)型

表3 GPS對各監(jiān)測點(diǎn)水平位移的兩期網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)差統(tǒng)計(jì)表

表4 水平位移監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定性分析成果表

從表3的兩期坐標(biāo)差來看，中誤差均較小，因此GPS定位在水平位置上具有較高的精度，但還是有必要對該監(jiān)測網(wǎng)各點(diǎn)的穩(wěn)定性做出判斷。根據(jù)平均間隙法[6]及從位移變化量的大小可知GPS3點(diǎn)在X軸發(fā)生了位移。通過顯著性分析法[7]，當(dāng)△x≥3m△x、△y≥3m△y時(shí)，可認(rèn)為該監(jiān)測點(diǎn)在相鄰兩周期有“較大位移”；當(dāng)3m△x≥△x ≥2m△x、3m△y≥△y≥2m△y時(shí)，可認(rèn)為該監(jiān)測點(diǎn)在相鄰兩周期有“顯著位移”；當(dāng) 2m△x≥△x≥m△x、2m△y≥△y≥m△y時(shí)，可認(rèn)為該監(jiān)測點(diǎn)在相鄰兩周期有“有位移趨勢”；否則可認(rèn)為該監(jiān)測點(diǎn)相鄰兩周期“沒有位移發(fā)生”，即該監(jiān)測點(diǎn)相鄰兩周期的高程變化量不是變形引起的，可能由兩期觀測中出現(xiàn)的誤差的影響，表 4為各點(diǎn)水平位移監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定性情況。

3.3 GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測垂直位移影響的實(shí)例分析

表5 GPS大地高變形量與水準(zhǔn)測量變形量比較差值（mm）

在GPS 定位技術(shù)中，其觀測數(shù)據(jù)在水平方向上的精度已相對較高，而其數(shù)據(jù)精度在垂直方向上稍微較弱。本例采用GPS定位技術(shù)對某邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測[8]，該監(jiān)測采用4 臺(tái)Trimble 5700 型GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測，GPS接收機(jī)天線采用強(qiáng)制對中設(shè)站，用Trimble 5700型GPS接收機(jī)隨機(jī)所帶的平差軟件TGOffice 進(jìn)行基線解算，采用了GPSADJ軟件進(jìn)行網(wǎng)平差，以C、D 兩點(diǎn)的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)。同時(shí),用Ⅱ等幾何水準(zhǔn)測量各監(jiān)測點(diǎn)的垂直位移量。GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)如圖4 所示, 為了更好的監(jiān)測邊坡的穩(wěn)定性，須選取一定參考點(diǎn)作為的基準(zhǔn)點(diǎn)，圖3中A 、B 、C 、D為邊坡區(qū)外的監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)（四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)都相對穩(wěn)定），1～12 號(hào)點(diǎn)為變形監(jiān)測點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 GPS變形監(jiān)測網(wǎng)

由于變形監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)用GPS監(jiān)測的同時(shí)也進(jìn)行了水準(zhǔn)測量,所以可以將GPS測得的大地高和正常高進(jìn)行比較。以某一期的觀測數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，表5列出了各點(diǎn)GPS大地高變形量△hGPS與水準(zhǔn)測量變形量△h水的比較差值△。

上表中△ =△ hGPS-△ h水=（ HGPS＇ -HGPS） -（ H水＇ -H水）（4-1）

根據(jù)式（4-1）可得△=（H水-HGPS）-（H水＇-HGPS＇）=△H-△H＇，因?yàn)榻?jīng)過GPS接收機(jī)隨機(jī)所帶的平差軟件TGOffice 進(jìn)行基線解算，采用了GPSADJ軟件進(jìn)行網(wǎng)平差，以C、D兩點(diǎn)的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)誤差一般較小，Ⅱ等幾何水準(zhǔn)測量中各監(jiān)測點(diǎn)的高程是較準(zhǔn)確的，考慮到水準(zhǔn)測量中誤差的影響，那么其個(gè)別觀測點(diǎn)的GPS大地高變形量與水準(zhǔn)測量變形量比較差值△存在較大差值，其主要原因是GPS定位中誤差的產(chǎn)生，是GPS定位中產(chǎn)生的誤差的反應(yīng)。

4 結(jié)語

本文簡述了GPS定位原理，可看出在其觀測方程中必須加入各種必要的誤差改正數(shù)，從而消除或減弱GPS定位中的誤差影響；其次，特別分析了GPS定位中的各種誤差源及其消除或減弱誤差的方法，只有在充分了解其誤差根本來源，才能更好的找出對應(yīng)的方法減小誤差；然后通過實(shí)例分析了GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測水平及垂直位移的影響，從實(shí)例中可以看出GPS定位中產(chǎn)生的誤差對變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性有很大影響，那么如何減小其誤差在變形監(jiān)測中的影響，從而使GPS的各種優(yōu)勢在變形監(jiān)測中得到充分發(fā)揮。

消除或減弱GPS定位中的誤差，提高GPS觀測精度的方法主要有以下幾種:（1）提高局部GPS網(wǎng)基線解算的起算點(diǎn)坐標(biāo)精度。盡量采用國家A、B級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)為局部GPS網(wǎng)的起算點(diǎn)，以減小起算點(diǎn)誤差對大地高精度的影響；（2）改善GPS星歷的精度，用精密星歷比用廣播星歷可提高精度34%，因此應(yīng)建立自己的測軌系統(tǒng)，提供精密星歷服務(wù)；（3）消弱衛(wèi)星不對稱對定位精度的影響,選擇最佳的衛(wèi)星幾何圖形；（4）選用雙頻GPS接收機(jī),有效地消除電離層折射的延遲誤差；（5）減弱多路徑誤差和對流層延遲誤差；（6）控制點(diǎn)必須使用強(qiáng)制對中裝置；（7）提高聯(lián)測幾何水準(zhǔn)精度，用精密水準(zhǔn)聯(lián)測，可以有效提高GPS大地高精度；（8）提高整周模糊度的解算精度，通過實(shí)測過程中用閉合環(huán)進(jìn)行檢查；（9）GPS變形監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)，包括監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)、監(jiān)測網(wǎng)形設(shè)計(jì)、觀測時(shí)段和周期的設(shè)計(jì)及GPS一機(jī)多天線技術(shù)等的技術(shù)設(shè)計(jì)。

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