彭鳳友，聶桂根，薛長虎，武曙光，李海洋，汪 晶，劉文軒

(武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，武漢 430079)

0 引言

2008年的汶川5.12大地震，直接造成7萬余人死亡[1]，累計(jì)造成經(jīng)濟(jì)損失8000多億元人民幣。汶川地震結(jié)束以后，該區(qū)域頻繁發(fā)生一系列次生災(zāi)害，2017年8月九寨溝發(fā)生了7.0級地震；大致在同一時期，西山村西部的一處坡體—黃泥壩子，在經(jīng)歷了綿綿雨季之后發(fā)生了滑坡，造成山腰中居住的一戶人家房屋全部受損，所幸的是滑坡發(fā)生在白天，并沒有造成人員傷亡，圖1所示為現(xiàn)場拍攝的照片。因此，尋找一種易于操作且有效的監(jiān)測手段，對這些潛在或是正在滑動的滑坡體進(jìn)行監(jiān)測，避免其大面積滑坡時造成嚴(yán)重的損失就顯得尤為重要。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)利用接收上空的衛(wèi)星信號實(shí)現(xiàn)定位，靜態(tài)測量精度能達(dá)到厘米級甚至毫米級，在復(fù)雜山區(qū)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

圖1 西山村黃泥壩子坡體災(zāi)害圖及受損房屋Fig.1 Disaster map and damaged house on the Huangnibazi slope of Xishan village

GNSS技術(shù)的出現(xiàn)幾乎革新了傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，在單全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)時代，已經(jīng)有很多GPS技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用案例，尤其是在相對定位模式下。過靜珺等以基于基準(zhǔn)站的靜態(tài)相對定位模式，在四川雅安峽口滑坡示范區(qū)進(jìn)行了測量試驗(yàn)，監(jiān)測結(jié)果表明，GPS 滑坡監(jiān)測的精度達(dá)到毫米級[2]。徐愛功等使用PANDA軟件的精密單點(diǎn)定位模塊，分析了中國境內(nèi)的10個國際GNSS服務(wù)(International GNSS Service，IGS)站連續(xù)7d的單天解，研究結(jié)果表明：無論是利用IGS精密產(chǎn)品還是快速產(chǎn)品，均實(shí)現(xiàn)了1cm精度的精密單點(diǎn)定位[3]。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation System，BDS)自2012年向亞太區(qū)域提供定位服務(wù)以來，學(xué)者們逐步展開北斗定位系統(tǒng)的研究。韓靜通過BDS實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相對定位解算，結(jié)果表明：在短基線條件下，BDS相對定位精度達(dá)到厘米級；并得出了GPS/BDS定位精度在水平和垂直方向上均優(yōu)于單系統(tǒng)，單BDS和單GPS的定位精度基本一致,BDS相對定位技術(shù)在短基線條件下可獨(dú)立應(yīng)用于滑坡監(jiān)測中的結(jié)論[4]。王閱兵等探討了BDS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在地殼運(yùn)動監(jiān)測中的能力，運(yùn)用7個臺站，跨度在2年以上的GPS/BDS雙模連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明：BDS在水平向的定位精度約為1.7cm，垂向約為4cm，GPS分別為優(yōu)于1cm和約1.4cm，BDS精密單點(diǎn)定位精度要低于GPS，但仍然可以應(yīng)用于監(jiān)測變形量較大的地區(qū)地殼運(yùn)動[5]。

以上學(xué)者的研究表明，基于基準(zhǔn)站的 GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較高的精度并成功應(yīng)用于滑坡監(jiān)測中。同時BDS基于基準(zhǔn)站的模式也能獨(dú)立應(yīng)用于滑坡監(jiān)測中。而在靜態(tài)精密單點(diǎn)定位方面，無論是GPS、BDS還是GPS/BDS，很多學(xué)者研究較多的都是各個系統(tǒng)相互間的、時間跨度比較長且連續(xù)的模式，而過少探討基于周期性監(jiān)測的較短觀測時長的模式。本文的研究區(qū)域處于地震斷裂帶，由于現(xiàn)實(shí)的地質(zhì)條件、交通、電力和通信的原因而不宜布設(shè)基準(zhǔn)站，故采用精密單點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，以相對較短的觀測時長、具體的觀測期數(shù)和具體的地形區(qū)域來探討GPS和BDS精密單點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用情況，希望能為以后類似的應(yīng)用場景研究提供相關(guān)參考和依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況及數(shù)據(jù)采集

本次監(jiān)測的滑坡區(qū)域位于四川理縣西山村，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，它位于雜谷腦河左岸，屬于中高山峽谷地形的深層堆積體滑坡[6]?；缕露瓤傮w為25°～45°，前部和后部地勢較緩，中部坡度較大，縱向呈緩-陡-緩的不均勻坡度地形[7]，該滑坡位于地震活動性很強(qiáng)的龍門山斷裂帶[8]。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育比較完整，河谷下切，構(gòu)造運(yùn)動非?；钴S，造成地層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺和斷裂，使巖石易破碎，完整性差[9]。該滑坡體離5.12汶川地震震中僅65km，滑坡大體朝南北向延伸, 滑動方位角為201°；該滑坡為一個大型滑坡, 南北向跨度約3800m，東西向跨度約680～980m，坡體平均厚度為55m；大多數(shù)地方地形陡峭，地質(zhì)條件惡劣，地質(zhì)運(yùn)動劇烈[10]，滑坡體前緣為雜谷腦河，南鄰汶馬高速和317國道。變形體上下面都有居民點(diǎn)，屬于滑坡易發(fā)區(qū)。境內(nèi)的雨水充沛，集中在5～9月，滑坡體在雨水的沖蝕下，造成滑坡變形趨勢進(jìn)一步加大，因此對該地區(qū)進(jìn)行滑坡監(jiān)測具有重要的意義。

根據(jù)西山村滑坡體的現(xiàn)場調(diào)查及相關(guān)的勘查資料分析發(fā)現(xiàn)，滑坡變形區(qū)域主要分布在滑坡體的中下部。試驗(yàn)區(qū)域如圖 2所示，數(shù)據(jù)采集時間范圍是2016年7月～2017年10月，觀測方法為周期性觀測，觀測周期大約為4個月，觀測模式基于靜態(tài)PPP技術(shù)，單個站點(diǎn)觀測時段長度為5～9h。在整個變形滑坡區(qū)域內(nèi)按200～300m的間距垂直于主滑方向均勻布設(shè)8個監(jiān)測站，如圖2所示的藍(lán)色點(diǎn)位，XS01最上，XS08最下，并在埋設(shè)有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩上進(jìn)行觀測。

圖2 西山村滑坡體衛(wèi)星圖及正視圖Fig.2 Satellite map and front-view map of Xishan village landslide

由于條件有限，不能同時在所有的觀測墩上安放接收機(jī)，因此同一期的數(shù)據(jù)采集分天開展，所有站點(diǎn)的觀測在相鄰幾天內(nèi)完成，所有站點(diǎn)均重復(fù)觀測了2次，部分點(diǎn)達(dá)到了3次。使用的接收機(jī)類型為雙頻Trimble Net R9，天線類型為Zephyr Geodetic2，數(shù)據(jù)采樣頻率為1Hz。

2 數(shù)據(jù)處理及成果分析

本文采用武漢大學(xué)自主研發(fā)的PANDA軟件的精密單點(diǎn)定位模塊分別處理單GPS數(shù)據(jù)、單BDS數(shù)據(jù)和GPS/BDS數(shù)據(jù)，得到了三種模式下的結(jié)果，并對解算結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)處理和分析。

2.1 精度評定與精度區(qū)間統(tǒng)計(jì)

在周期性變形監(jiān)測中，只有當(dāng)定位誤差小于實(shí)際的變形量時才實(shí)際反映出變形量。本文通過計(jì)算坐標(biāo)解算結(jié)果重復(fù)性的均方差，這里簡稱為點(diǎn)位中誤差來反映坐標(biāo)的精度。點(diǎn)位中誤差各分量的計(jì)算公式如下

(1)

計(jì)算出各點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差后，統(tǒng)計(jì)8個監(jiān)測點(diǎn)的全部觀測頻數(shù)(從試驗(yàn)開始到試驗(yàn)結(jié)束對全部監(jiān)測點(diǎn)的全部觀測次數(shù)，本次試驗(yàn)在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)共監(jiān)測了68頻次)在GPS、GPS/BDS和BDS三種模式下的點(diǎn)位中誤差在不同精度區(qū)間內(nèi)的分布情況，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，GPS模式下，精度優(yōu)于1cm的頻率是37%，精度優(yōu)于2cm的頻率是59%，優(yōu)于3cm的頻率是66%，優(yōu)于5cm的頻率是84%，超過5cm的頻率為16%；GPS/BDS組合模式下，精度優(yōu)于1cm的頻率為21%，較單GPS模式，占比下降了近50%，精度優(yōu)于2cm的頻率是53%，與單GPS相當(dāng)，精度優(yōu)于3cm的頻率為78%，高于單GPS12%，優(yōu)于5cm的頻率為89%，略高于單GPS模式，超過5cm的頻率為11%，略低于GPS模式；對于單BDS模式，其點(diǎn)位精度優(yōu)于1cm的頻率僅為11%，為GPS的1/3左右，為GPS/BDS的1/2左右，精度優(yōu)于2cm的頻率為32%，相較GPS和GPS/BDS，占比略多于他們各自的一半，優(yōu)于5cm的頻率為50%，遠(yuǎn)低于GPS和GPS/BDS，超過5cm的頻率為50%，超過8cm的頻率為36%。

圖3 GPS，GPS/BDS，BDS點(diǎn)位中誤差精度區(qū)間統(tǒng)計(jì)Fig.3 Point medium errors interval statistics of GPS,GPS/BDS,BDS

綜合以上的精度區(qū)間的分布情況統(tǒng)計(jì)，在全部的68次觀測中，GPS模式下過半的觀測次數(shù)的點(diǎn)位中誤差是優(yōu)于2cm的，優(yōu)于1cm的占比最多，而同一精度區(qū)間的GPS/BDS模式下，依然是過半的觀測次數(shù)的點(diǎn)位中誤差優(yōu)于2cm；區(qū)別在于GPS/BDS在2～3cm區(qū)間內(nèi)比重要高于GPS，整體表現(xiàn)為GPS/BDS的精度主要集中在2cm左右，而GPS主要集中在1cm左右，GPS的高精度區(qū)間略高于GPS/BDS的高精度區(qū)間，整體來看二者精度相當(dāng)。再看BDS，BDS優(yōu)于1cm的頻率只有11%，優(yōu)于2cm的占比僅有32%，高精度區(qū)間占比太少，有50%的觀測次數(shù)點(diǎn)位中誤差超過了5cm，整體精度較差。

2.2 影響因素探究及成果分析

BDS的點(diǎn)位精度相比GPS較低，可能由這幾個因素引起：1)觀測值的質(zhì)量較差；2)BDS的地球同步軌道(Geostationary Earth Orbit, GEO)衛(wèi)星的可觀測性較差和軌道精度更低；3)BDS衛(wèi)星整體的精密軌道和精密鐘差的精度較差；4)BDS的相位中心偏差(Phase Center Offset，PCO)和相位中心變化參數(shù)(Phase Center Variation，PCV)模型的精度不高。以上四種因素均可能共同或由某一因素占主要因素造成了較低的BDS點(diǎn)位精度。

當(dāng)前IGS提供的ANTEX文件改正了GPS衛(wèi)星端和接收機(jī)端的PCO和PCV，BDS僅進(jìn)行衛(wèi)星端的PCO改正，因此無法對BDS進(jìn)行精確的天線相位中心改正[12]，導(dǎo)致其PCO和PCV模型精度不高；同時BDS二代的跟蹤站數(shù)量有限導(dǎo)致BDS的精密軌道和鐘差產(chǎn)品精度較低[14]，低于GPS。BDS特殊的同步軌道衛(wèi)星設(shè)置使其5顆C01～C05號同步衛(wèi)星，因?yàn)檩^差的可觀測性導(dǎo)致衛(wèi)星軌道精度低于傾斜軌道衛(wèi)星和中軌衛(wèi)星的軌道精度，如果不使用同步軌道衛(wèi)星，則導(dǎo)致當(dāng)前二代的BDS實(shí)際可觀測到的衛(wèi)星數(shù)太少，一般只有3～4顆，難以實(shí)現(xiàn)可靠和有效定位。因此本文主要對比分析了BDS與GPS的觀測值的質(zhì)量即第一個因素，來探究這一因素是否是造成BDS點(diǎn)位中誤差高于GPS的主要因素。影響觀測值的質(zhì)量主要有三方面因素，分別是數(shù)據(jù)的可利用率及觀測時長、數(shù)據(jù)的剔除率和多路徑誤差。

(1)觀測時長及數(shù)據(jù)可利用率

圖4所示為所有監(jiān)測點(diǎn)的全部觀測頻次所對應(yīng)的觀測時長圖，每個頻次上的平均觀測時長為5.93h，最長為9.69h，最短為1.39h。

圖4 各觀測頻次對應(yīng)的觀測時長統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of observation duration corresponding to each observation frequency

可利用率為實(shí)際觀測到的衛(wèi)星數(shù)大于4顆的數(shù)據(jù)的歷元數(shù)與理論上應(yīng)接收到的數(shù)據(jù)的歷元數(shù)的百分比，即式(2)

(2)

在指定截止高度角后，De為當(dāng)前測站利用廣播星歷計(jì)算的可見衛(wèi)星理論上應(yīng)接收到的觀測歷元數(shù)，Du為當(dāng)前測站接收機(jī)實(shí)際接收到的且衛(wèi)星數(shù)多于或等于4顆的觀測歷元數(shù)。該指標(biāo)表征了監(jiān)測站的有效觀測值，在觀測時長一定的情況下，可利用率越高，說明監(jiān)測站觀測環(huán)境較好，數(shù)據(jù)質(zhì)量、連續(xù)性和完整性均越好。圖5所示為GPS和BDS在全部觀測頻數(shù)下的數(shù)據(jù)可利用率統(tǒng)計(jì)圖。

圖5 各觀測頻次下數(shù)據(jù)可利用率統(tǒng)計(jì)Fig.5 Statistics of data availability under each observation frequency

從圖 5可以看出，GPS的數(shù)據(jù)可利用率在所有觀測頻數(shù)上均接近于100%，數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量較好；BDS的數(shù)據(jù)可利用率在第22～第36頻次之間(也即2017年3月期間)，部分頻次上的數(shù)據(jù)的可利用率低于50%，最低為0%，其他觀測頻次上的數(shù)據(jù)的可利用率超過了95%。不難發(fā)現(xiàn)，整體上GPS的數(shù)據(jù)可利用率要高于BDS，說明當(dāng)前在西山村復(fù)雜的地形環(huán)境中，GPS觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量更好。綜合統(tǒng)計(jì)可利用率低于90%或點(diǎn)位精度超過5cm的點(diǎn)位，得到如表1所示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。部分點(diǎn)如第66d的XS01和XS04的數(shù)據(jù)可利用率只有50%，但由于觀測時長較長，點(diǎn)位中誤差低于5cm，整體上當(dāng)觀測時長與可利用率的乘積小于4時，點(diǎn)位中誤差基本都超過了5cm，可以看出觀測時長和數(shù)據(jù)的可利用率是影響最終點(diǎn)位精度的主要因素。除此外，如第66d的XS02和第199d的XS05和XS08的點(diǎn)位中誤差異常，是因?yàn)闆]有觀測到BDS衛(wèi)星或觀測到的BDS衛(wèi)星載波相位頻數(shù)不全；第172d、173d和175d的XS02、XS04和XS06號點(diǎn)觀測時長和可利用率均在正常水平，但點(diǎn)位中誤差卻偏高，可能由北斗的軌道或鐘差精度等因素引起。

表1 部分觀測頻次下數(shù)據(jù)可利用率，觀測時長及點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)

(2)數(shù)據(jù)的剔除率

剔除率為所有的周跳和中斷總數(shù)與實(shí)際觀測到的衛(wèi)星數(shù)大于4顆的數(shù)據(jù)的歷元數(shù)的百分比，即式(3)

(3)

式中csAll為因歷元缺失、衛(wèi)星不可用、衛(wèi)星信號不可用、周跳等原因?qū)е碌目傊袛鄶?shù)，Du為當(dāng)前測站接收機(jī)實(shí)際接收到的且衛(wèi)星數(shù)多于或等于4顆的觀測歷元數(shù)，該指標(biāo)表征了數(shù)據(jù)的完整性和連續(xù)性。特別地，當(dāng)數(shù)據(jù)的可利用率為0%時，中斷率記為100%；剔除率越低，表明數(shù)據(jù)越連續(xù)完整，數(shù)據(jù)質(zhì)量整體越好。從圖6可以看出，GPS和BDS的數(shù)據(jù)剔除率整體相當(dāng)，中斷率低于3%，表明了在數(shù)據(jù)可利用率相同且高于90%的情況下，總的中斷對兩類衛(wèi)星的影響幾乎一致。但BDS在某些頻次上的數(shù)據(jù)連續(xù)性較差，中斷率達(dá)到了100%，這與數(shù)據(jù)可利用率為0%時是相對應(yīng)的，觀測時長固定，數(shù)據(jù)可利用率越低，導(dǎo)致點(diǎn)位中誤差較高，得到的結(jié)果也就越不準(zhǔn)確。

(3)多路徑誤差

多路徑誤差對偽距和載波的影響量級不一樣，最大可造成1/4周載波相位波長的距離誤差，如GPS的L1波長為19.2cm，則載波多路徑誤差最大為4.8cm[12]。多路徑對偽距的影響主要分三種情況[13]：

1)大面積散射，如信號通過金屬環(huán)境，可導(dǎo)致偽距誤差達(dá)10m；

2)水面反射引起低頻影響，可導(dǎo)致偽距誤差達(dá)10m；

3)近距離規(guī)則物體的反射，可導(dǎo)致偽距誤差達(dá)2～6m；

由上述分析可知，多路徑誤差對載波的影響為厘米級至毫米級，對偽距的影響比載波大很多。圖7所示為GPS和BDS的偽距多路徑分析結(jié)果，可以看出，偽距多路徑均值誤差的影響在分米量級，并未對觀測數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重影響；同時GPS和BDS的多路徑均值相當(dāng)，GPS略高于BDS，多路徑對GPS和BDS的影響大致相同，說明了多路徑誤差并不是引起GPS和BDS點(diǎn)位中誤差差異的主要因素。

圖7 各觀測頻次下偽距多路徑均值統(tǒng)計(jì)Fig.7 Statistics of pseudo-range multipath means at each observation frequency

通過統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位中誤差的精度區(qū)間分布情況發(fā)現(xiàn)，BDS的點(diǎn)位中誤差的分布情況明顯不如GPS和GPS/BDS；同時GPS/BDS的精度區(qū)間分布整體上與GPS相當(dāng)，并沒有比GPS更好，甚至優(yōu)于1cm的比例低于GPS。因此，探究了造成GPS和BDS點(diǎn)位中誤差差異的因素，并著重對觀測值的質(zhì)量進(jìn)行了對比分析，最終確定了觀測時長和數(shù)據(jù)的可利用率是最終影響點(diǎn)位精度的主要因素。精度評定后，按照觀測時長和數(shù)據(jù)的可利用率指標(biāo)加權(quán)處理定位結(jié)果，降低了觀測質(zhì)量較差的結(jié)果對最終結(jié)果的貢獻(xiàn)，提高了定位結(jié)果的精度和容錯率。通過三種模式的解算可以進(jìn)行結(jié)果之間的相互檢核矯正，便于發(fā)現(xiàn)異常的結(jié)果后進(jìn)行降權(quán)處理或直接剔除。解算結(jié)果經(jīng)過加權(quán)處理后，將空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為法線站心坐標(biāo)，以第1期的數(shù)據(jù)作為首期觀測值，分別用后4期的觀測數(shù)據(jù)與之相減，得到了平面和垂直方向上的坐標(biāo)累計(jì)變化量(其中2017年10月的XS04點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)丟失)。

圖8的GPS結(jié)果顯示，在2016年7月～2017年10月的觀測周期內(nèi)，在N方向上，8個點(diǎn)均整體向南滑動，整體平均滑動速率為0.92cm/月，向南最大累計(jì)滑動量為XS06的20.9cm，最小為XS08的11.3cm；E方向上滑動幅度不大，基本保持平穩(wěn)；U方向上，整體平均滑動速率為0.61cm/月，前期增長幅度高于南北向但后期低于南北向，XS01～XS07號點(diǎn)在觀測周期內(nèi)幾乎均勻地隨時間滑動，位于滑坡體底部的XS08點(diǎn)在觀測時期內(nèi)位移序列基本平穩(wěn),最大累計(jì)滑動量為XS06的16.6cm，最小為XS08的1.3cm。從滑動方向來看，XS01～XS06號點(diǎn)向東南方向滑動，XS07和XS08點(diǎn)向西南方向滑動；從滑動速率上來看，坡體中部的點(diǎn)位(XS04,XS05,XS06)的滑動速率最快，坡體頂部的點(diǎn)位(XS01,XS02,XS03)和坡體底部的點(diǎn)位(XS07和XS08)相對較慢，呈現(xiàn)出整片區(qū)域的點(diǎn)位從上往下的速率逐步增加再減小的趨勢，表明了該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)與點(diǎn)之間發(fā)生相對滑動，且滑動量的大小并不相等，中西部滑動速度最快，上部次之，下部最慢，即XS04～XS06號點(diǎn)與XS07～XS08號點(diǎn)之間的相對距離不斷縮小，說明在整體向南滑動的過程中二者可能會發(fā)生擠壓，造成前者所處的區(qū)域相對于后者之上發(fā)生滑動。XS01～XS03點(diǎn)的位移量小于XS04～XS06點(diǎn)，即滑坡體上部變形速率比中部慢，因此，在二者的中間連接區(qū)域可能會因?yàn)榛瑒铀俣炔痪鶆蚨纬闪芽p。

圖9的GPS/BDS結(jié)果顯示，N、E方向的累計(jì)變化趨勢基本與GPS一致，N向8個點(diǎn)整體向南滑動，平均滑動速率為0.925cm/月，最大累計(jì)滑動量為XS06的22.6cm，最小為XS08的10.5cm，這與GPS模式解算出的結(jié)果完全一致；E向上滑動幅度不大，與GPS相當(dāng)；U向上結(jié)果略差于GPS結(jié)果。

圖10的BDS結(jié)果顯示，雖然依據(jù)點(diǎn)位中誤差的精度區(qū)間分布情況對最終的坐標(biāo)進(jìn)行了加權(quán)處理，但是由于精度超過5cm的頻數(shù)達(dá)到了一半，導(dǎo)致很大一部分點(diǎn)的精度低于滑坡體變形的實(shí)際允許精度，因此無法全面且準(zhǔn)確反映滑坡體的真實(shí)走向，僅平面的N、E向能反映出跟GPS和GPS/BDS基本一樣的趨勢，U向結(jié)果不能反映點(diǎn)位最終的實(shí)際變化趨勢。

圖8 GPS模式下各監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)累計(jì)變化量Fig.8 Accumulative variation of coordinates of monitoring points under GPS mode

圖9 GPS/BDS模式下各監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)累計(jì)變化量Fig.9 Accumulative variation of coordinates of monitoring points under GPS/BDS mode

圖10 BDS模式下各監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)累計(jì)變化量Fig.10 Accumulative variation of coordinates of monitoring points under BDS mode

為更好地直觀展示和分析監(jiān)測點(diǎn)的總滑動趨勢，圖11顯示了GPS模式下8個點(diǎn)水平方向上的分期坐標(biāo)變化矢量圖。

圖11 GPS模式下各監(jiān)測點(diǎn)平面坐標(biāo)矢量變化Fig.11 Variation of plane coordinate vectors of monitoring points under GPS mode

2.3 小結(jié)

在此次的滑坡監(jiān)測試驗(yàn)中，平均靜態(tài)觀測時長為5.93h，精度區(qū)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明5.93h左右的觀測時長基本能保證GPS和GPS/BDS兩種模式下的精密單點(diǎn)定位技術(shù)滿足滑坡體滑動的精度，能有效監(jiān)測變形較緩慢的滑坡體。GPS/BDS結(jié)果與GPS相當(dāng)，單BDS精密單點(diǎn)定位結(jié)果的精度區(qū)間表現(xiàn)不穩(wěn)定，部分點(diǎn)的精度可以達(dá)到與GPS精度一致，但整體中誤差大，并且存在明顯的粗差，BDS精密單點(diǎn)定位精度在類似于西山村場景的滑坡監(jiān)測中受地形、衛(wèi)星等外界環(huán)境變化的影響較大。由于BDS的點(diǎn)位中誤差的區(qū)間分布情況明顯不如GPS和GPS/BDS，因此本文探究了造成GPS和BDS點(diǎn)位中誤差差異的因素，確定了觀測時長和數(shù)據(jù)的可利用率是影響最終點(diǎn)位精度的主要因素。除此外，部分點(diǎn)的觀測時長和可利用率均在正常水平，但點(diǎn)位中誤差卻偏高，可能受BDS本身GEO衛(wèi)星精度、BDS整體的精密軌道和精密鐘差產(chǎn)品精度，以及PCO和PCV模型精度的影響，需做進(jìn)一步的研究。適當(dāng)延長觀測時長，選擇質(zhì)量更佳的接收機(jī)將有助于提高數(shù)據(jù)的可利用率和最終的點(diǎn)位精度。

3 結(jié)論

綜上，GNSS精密單點(diǎn)定位技術(shù)能作為山區(qū)滑坡監(jiān)測領(lǐng)域的一種有效手段，監(jiān)測結(jié)果可以作為滑坡預(yù)警的重要依據(jù)，在不宜架設(shè)基準(zhǔn)站的偏遠(yuǎn)山區(qū)具有重要的應(yīng)用價值。5.93h左右的觀測時長基本能使GPS精密單點(diǎn)定位的精度達(dá)到較高水平，基本滿足1～2cm精度的滑坡監(jiān)測的需要，能有效監(jiān)測變形較緩慢的滑坡體；GPS/BDS的結(jié)果與GPS相當(dāng)，引入BDS后并未有效改善定位精度；因?yàn)楫?dāng)前的BDS二代精密單點(diǎn)定位技術(shù)的定位精度和穩(wěn)定性均稍差于單GPS，所以還不能獨(dú)立應(yīng)用于類似本文場景的滑坡監(jiān)測中；此外，觀測時長和數(shù)據(jù)的可利用率是直接影響GPS或BDS定位精度的一個主要因素。伴隨著北斗三代的全面組網(wǎng)完成并逐步投入使用，BDS的各項(xiàng)模型和產(chǎn)品精度、衛(wèi)星選擇率和幾何分布將得到極大改善，GPS/BDS組合將成為一種主流的定位方式，將在國民生產(chǎn)生活的方方面面中廣泛發(fā)揮作用。