关于GPS在沉降观测中高精度的技术分析

【关键字】GPS；沉降观测；误差分析  

　　GPS 测量技术是三维定位技术，其特点在于精度高、范围广、全天候、可实时定位等，因此在大地测量、工程测量、导航定位、工程形变监测等领域得到广泛应用，GPS技术在测量领域的应用，为测量理论知识和工程应用都带来了革命性的变化。GPS 测量技术测定的点是以WGS-84 全球GPS 地心空间直角坐标系定义的，通过测定地面点与WGS-84 坐标的差值，经过坐标系的转换，可得到以参考椭球面为基准的大地三维坐标。 

　　众所周知，GPS定位精度可以达到1×10-6 数量级的精度，若使用一些特殊的作业方法以及精密的后处理解算软件，其精度可达10-7数量级甚至更高，而其高程精度一般认为比平面精度低2 一3倍。一些专家学者一直以来都在致力于研究提高GPS高程精度的方法，其中有两种:一是通过重复点的GPS 水准测量，先求取重复点的高程异常，然后对求得的高程异常进行拟合和推算，最后求出待定点 

　　的高程异常，从而得到待定点的正常高即待定点的高程；一是将GPS大地坐标转换到该测区以某一基准点为原点的站心坐标，并将其中的Z 分量表示GPS高程。沉降观测的传统方法是水准测量。GPS 测量技术能否用于沉降观测，最可靠的方法是与水准测量进行比较分析研究。本文主要从影响GPS高程的误差方面进行分析、研究，并提出消除误差的几种有效的方法。这对GPS 沉降观测是非常有意义的。 

　　1 GPS 沉降观测的主要误差来源 

　　沉降观测传统的方法就是进行相应等级的水准测量，以获得不同时间段上高程值变化规律。自GPS技术在测量行业得到广泛应用以来，GPS测量技术能否用于沉降观测成为很多专家学者的关注。目前已经有很多工程应用的实例给我们很大的启示。GPS 测量技术能否用于沉降观测，关键在于如何消除或者减弱误差的影响，进而提高GPS 测量技术的精度。影响GPS沉降观测的主要因素是GPS测高。因此，如何提高GPS 测量技术中的测高精度是关键。下面笔者就如何提高GPS 测高精度进行分析，影响GPS 测量技术的的的主要误差笔者可以将其分为三类：一是与GPS 有关的误差；二是与观测环境有关的误差；三是与测量人员有关的误差。 

　　与卫星有关的误差包括：与卫星有关的误差（卫星轨道误差，卫星钟差，卫星星历误差等），与传播有关的误差（对流层延迟误差，电离层延迟误差，多路径效应，），与地面接收机有关的误差（接收机相位误差，接收机钟差等），其他方面误差（相对论效应误差，潮汐引起的误差）；与观测环境有关的误差包括：多路径折射误差，电磁波干扰误差，工程施工影响误差等；与测量人员有关的误差包括：仪器对中误差，仪器高量取误差，GPS 数据处理误差，起算数据误差，整周模糊度的解算误差等。在上述众多误差中，对GPS 测高影响较为严重的误差有：对流层延迟误差，多路径效应、电磁波干扰误差以及工程施工影响误差、仪器高量取误差与起算数据误差，整周模糊度的解算误差等。2GPS沉降观测中消除或减弱误差的主要措施。 

　　1.1 消弱对流层延迟误差的影响 

　　对流层延迟误差改正模型本身的误差一般称为模型固有误差，模型中的气象元素的量测误差也是直接影响因素，测站上量取气象元素的代表性误差以及实际大气状态与理论大气状态之间的差异都是影响对流层改正精度的，上述误差也是主要影响高程分量的精度。我只有建立比较完美的数学模型，更加精确的量取气象参数（温度，湿度，气压等）才可以减弱对流层对GPS 沉降观测的影响。 

　　1.2 消除多路径效应误差 

　　多路径效应误差是由于地物或地貌反射了，GPS 卫星信号，同时被接收机误接收到的卫星定位信号，其危害是降低了定位精度，尤其是在快速，短时间定位中。消除该误差可以通过适当增加观测时间，选择较好的站址，选择带有抑径板的GPS 接收机来消除。 

　　1.3 消除电磁干扰误差以及工程施工影响误差 

　　电磁干扰与施工的影响，有些时候是不可避免的，但是我们应该尽可能的避免其影响。选择观测网点时应该注意避免大功率的干扰源（如变压器，微波发射站，高压线等），距离干扰源不得小于100m；还应该避免施工车辆、工人、其他施工机械的影响。比较安全稳定，又能够进行完成GPS沉降观测的地方。 

　　1.4 消除仪器高量取误差以及起算数据误差 

　　仪器高量取误差也是高程方向上的一个重要的误差，不可小视，有时候可以带来1-3mm的误差，甚至更大的误差。因此可以建设观测墩的方法来消除仪器高量取误差；高精度的起算数据也是GPS 沉降观测的关键之一，但是随着我国A 级网B 级网的完成，获得精确的起算数据也是比较容易的事情了。 

　　1.5 消除整周模糊度的解算误差 

　　对于相对定位的载波相位GPS 测量，为了得到更精确的垂直分量，正确的解算整周模糊度是非常重要的，因为整周未知数的浮点解在垂直方向上总有±1.0cm左右的误差，甚至更大。因此，尽可能多的获取GPS数据，利用闭合环进行检验是十分必要的。 

　　2 结论与建议 

　　通过本文对GPS 沉降观测中各种误差的分析与研究，本文中的各种误差的削弱程度是直接影响到GPS 测高精度的，但是通过相对定位，同步观测求差的差分技术可以消除大部分误差，但是随着技术的进步网络差分技术，、GPS_RTK技术以及CORS技术与GPRS技术不断发展，GPS测量技术应用于沉降观测是可行的，将来必然成为沉降观测的主流技术。 

　　以GPS 测量技术为核心的，自动化沉降观测系统必然会为工程变形监测工程带来极大便利，在沉降观测中采用GPS 技术是一种行之有效的方法，GPS技术与计算机技术结合必然会实现实时的、全天候的、高精度的自动化沉降观测系统。 

　　参考文献 

　　[1]杨建图等GPS 测量地面沉降的可靠性及精度分析[J]大地测量与地球动力学第26 卷第1 期2006.2 

　　[2]李征航,黄劲松GPS 测量与数据处理[M]武汉:武汉大学出版社,2005 

　　[3]王利,刘万林应用GPS 定位技术监测滑坡体垂直形变研究[J]西安工程学院学报2002-24(3) 

　　[4]王爱生GPS 沉降观测的实践及减弱误差的措施[J]测绘工程2001.6第10 卷第2 期 

　　[5]李沛鸿柳广春GPS-RTK 误差分析与探讨[J]全球定位系统2008 年第33 卷第2期