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GPS测量法实现亚毫米级定位精度

【摘要】:在数百米到1~2km的短基线上,GPS测量可以获得亚毫米级的定位精度。2. GPS外业数据采集相关规定对于一、二级GPS测量,应使用零相位天线和强制对中器安置GPS接收机天线,对中精度应高于±0.5mm,天线应统一指向北方。

4.7.1 GPS应用于变形监测领域的优势

GPS定位技术具有观测精度高、自动化程度高、全天候观测、实时性强等优点,在变形监测领域应用广泛,特别是在水平位移监测技术中,该技术已经在我国的水利桥梁、高铁、边坡等工程中得到了广泛应用。在数百米到1~2km的短基线上,GPS测量可以获得亚毫米级的定位精度。GPS观测点位固定,每增加一个观测点就必须添加一台GPS接收机,需要稳定的数据传输系统,成本较高,所以GPS一机多天线技术是目前在变形监测领域使用的重点研究任务。

4.7.2 使用GPS技术测定水平位移的方法

1. GPS控制网布设方法

通常在变形区以外布设三个以上的基准点,变形监测点直接布设在变形区,为了提高对中精度,基准点和监测点通常都设置强制观测墩。点位的选择要注意视野开阔、信号良好、便于安置仪器的地方,尽量避免各类信号塔、大面积水域、玻璃幕墙等反射源。GPS网的连接形式尽可能低选用边连式和混连式,尽量少用点连式。网中各三角形的内角不宜过大或过小,从而提高控制网的图形强度。

2. GPS外业数据采集相关规定

(1)对于一、二级GPS测量,应使用零相位天线和强制对中器安置GPS接收机天线,对中精度应高于±0.5mm,天线应统一指向北方。

(2)作业中应严格按规定的时间计划进行观测。

(3)经检查接收机电源电缆和天线等各项连接无误后,方可开机。

(4)开机后经检查有关指示灯与仪表显示正常后,方可进行自测试,输入测站名和时段等控制信息。

(5)接收机启动前与作业过程中,应填写测量手簿中的记录项目。

(6)每时段应进行一次气象观测。

(7)每时段开始、结束时,应分别量测一次天线高,并取其平均值作为天线高。

(8)观测期间,应防止接收设备振动,并防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。

(9)观测期间,不得在天线附近使用电台、对讲机手机等无线电通信设备。

(10)天气太冷时,接收机应适当保暖; 天气很热时,接收机应避免阳光直接照射,确保接收机正常工作; 雷电、风暴天气不宜进行测量。

(11)同一时段观测过程中,不得进行下列操作:

①接收机关闭又重新启动;

②进行自测试;

③改变卫星截止高度角;

④改变数据采样间隔;

⑤改变天线位置;

⑥按动关闭文件和删除文件功能键。

(12)在GPS快速静态定位测量中,整个作业时间段内,参考站观测不得中断,参考站和流动站采样间隔应相同。

(13)GPS测量数据的处理应按现行国家标准《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314的相应规定执行,数据采用率宜大于95%; 对于一、二级变形测量,宜使用精密星历。

3. GPS内业数据处理

GPS内业数据处理通常都使用与接收机配套的专用软件,常见的有如下几种:

(1)天宝GPS数据处理软件TGO;

(2)徕卡GPS数据处理软件LGO;

(3)阿什泰克GPS数据处理软件Solutions;

(4)南方GPS数据处理软件Gpsadj;

(5)拓扑康GPS数据处理软件Pinnacle;

(6)麻省理工学院和斯克里普斯海洋研究所GAMIT/GLOBK。

GPS数据处理过程分为以下几步: 观测数据的预处理、基线向量解算、观测成果的外业检核(包括同步观测环检核、异步观测环检核、重复观测边检核)、GPS网平差计算(同步观测的基线向量平差、GPS网的无约束平差、GPS网的约束平差)、GPS网精度评定。

4. 监测点坐标差值计算

将相邻两个期观测值平差得到的各个监测点的坐标进行比较,求出坐标增量,就可以求出各点的位移值,根据坐标增量的正负号,可以判断监测点的平面位移方向。