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      GNSS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在滑坡中的應(yīng)用

      2015-05-30 13:51:11張華留高雅萍張菊張亞茹曾發(fā)彬成航
      科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2015年31期
      關(guān)鍵詞:誤差分析精度

      張華留 高雅萍 張菊 張亞茹 曾發(fā)彬 成航

      摘 要:以具體滑坡監(jiān)測工程為例,結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù),采用不同的軟件和不同的解算模型,對該技術(shù)所能達(dá)到的精度、實(shí)施方案的可行性進(jìn)行討論,通過對結(jié)果的對比分析,探討GNSS精密單點(diǎn)定位技術(shù)在實(shí)際監(jiān)測工程中的具體應(yīng)用,得到一些有用的經(jīng)驗(yàn)。

      關(guān)鍵詞:精密單點(diǎn)定位 誤差分析 精度

      中圖分類號:P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)11(a)-0058-02

      傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)單點(diǎn)定位(Standard Point Positioning,SPP)采用偽距觀測值和廣播星歷提供的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)航和定位。受廣播星歷和偽距觀測值精度限制,單點(diǎn)定位精度僅為數(shù)米至數(shù)十米,無法滿足高精度定位需求。精密單點(diǎn)定位(Precise Point Positioning,PPP)技術(shù)是1997年美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的Zumberge等人提出的,并在GIPSY軟件中實(shí)現(xiàn)。精密單點(diǎn)定位的意義是:利用事先確定的高精度衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差,以及雙頻載波相位觀測值,采用非差模型進(jìn)行單點(diǎn)定位。精密單點(diǎn)定位與相對定位相比,最大的優(yōu)勢是不需要架設(shè)參考站,從而克服了相對定位受距離限制的問題,單臺接收機(jī)即可實(shí)現(xiàn)高精度絕對定位[1]。PPP僅需要單臺接收機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)高精度的動態(tài)和靜態(tài)定位,作業(yè)效率高、費(fèi)用低,適用于各種環(huán)境,同時也為大范圍、大規(guī)模GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理提供了一種新的解決思路[2],但由于采用非差分觀測模型進(jìn)行數(shù)據(jù)解算,一些可以通過差分消除的誤差,在非差觀測模型中必須重點(diǎn)考慮這些因素的影響,例如衛(wèi)星天線相位中心偏差、接收機(jī)天線相位中心偏差及地球固體潮、海洋負(fù)荷等對測站坐標(biāo)的影響就必須在單點(diǎn)定位中主要考慮。采用何種觀測值模型,采用怎樣的誤差修正模型就直接影響到精密單點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用。該文結(jié)合具體滑坡監(jiān)測工程,采用精密單點(diǎn)定位方法解算點(diǎn)位坐標(biāo),通過不同的精密單點(diǎn)解算軟件的計算和不同的計算模型的對比分析,分析精密單點(diǎn)定位方法在滑坡監(jiān)測中的適用性。

      1 精密單點(diǎn)定位基礎(chǔ)

      1.1 精密單點(diǎn)定位觀測方程

      觀測量有偽距觀測量和載波相位觀測量兩種,在地固系中偽距觀測值的非線性觀測方程如下所示。

      1.2 精密單點(diǎn)定位的誤差源

      (1)同測站、接收機(jī)有關(guān)的誤差。主要是接收機(jī)天線相位中心偏差、接收機(jī)鐘差、地球自轉(zhuǎn)的影響、潮汐的影響。(2)同衛(wèi)星有關(guān)的誤差。包括衛(wèi)星鐘差、相對論效應(yīng)、衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星天線相位中心偏差及相位纏繞。(3)同信號傳播有關(guān)的誤差。主要是電離層延遲、對流層延遲以及多路徑效應(yīng)。在GPS精密單點(diǎn)定位中,需要利用這些原始的載波相位和偽距觀測值形成線性組合觀測值,以幫助確定相位模糊度,進(jìn)行周跳的探測和修復(fù)等。

      1.3 常用的組合模型

      觀測值之間的線性組合如下所示。

      其中n、m為常數(shù),在所有的任意線性組合中,只有遵循一些重要準(zhǔn)則的組合才有意義,其標(biāo)準(zhǔn)為:(1)組合觀測值應(yīng)能保持模糊度的整數(shù)特性,以利于正確確定整周模糊度;(2)組合觀測值應(yīng)具有適當(dāng)?shù)奶匦?,有助于周跳的探測;(3)組合觀測值應(yīng)不受或基本不受電離層折射影響;(4)組合觀測值應(yīng)具有較小的測量噪聲。

      2 常用精密單點(diǎn)定位軟件簡介

      2.1 TriP軟件

      TriP軟件是武漢大學(xué)張小紅教授開發(fā)的國內(nèi)首款高精度的商用精密單點(diǎn)定位軟件,其源代碼不公開。

      2.2 GAMIT

      GAMIT/GLOCK軟件是分析研究高精度GPS測量數(shù)據(jù)處理軟件,它由美國麻省理工學(xué)院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)聯(lián)合開發(fā),其源代碼開放。軟件設(shè)計基于支持X-Window的UNIX系統(tǒng),現(xiàn)在的版本適用于Sun(OS/4,Solaris 2)、HP、IBM/RISC、DEC和基于、Intel工作站的LINUX操作系統(tǒng)。作為科研軟件,GAMIT/GLOBK供研究和教育部門無償使用,只需通過正式途徑得到使用許可證。

      2.3 Bernese

      Bernese是瑞士伯尼爾大學(xué)天文研究所研發(fā)的高精度數(shù)據(jù)處理軟件。可以采用非差模型進(jìn)行精密單點(diǎn)定位解算?,F(xiàn)推出Bernese 5.0。

      3 實(shí)例分析

      3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取

      此次實(shí)驗(yàn)選取某滑坡實(shí)測數(shù)據(jù),該區(qū)域位于隴南山區(qū)丘陵地帶,所有點(diǎn)均埋樁。觀測時間為6~12 h。觀測時間為2014年11月~2015年3月共5期。選取3個已知GPS控制點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并利用已知GPS數(shù)據(jù)作為對比參考。

      3.2 方案設(shè)計

      (1)運(yùn)用相對定位和精密單點(diǎn)定位模型進(jìn)行解算,對比各種解算結(jié)果的坐標(biāo)差,確定解算精度及適合的解算模型。

      (2)選擇panda,GAMIT精密單點(diǎn)定位軟件進(jìn)行解算,對解算結(jié)果進(jìn)行分析對比,分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

      3.3 具體試驗(yàn)結(jié)果

      利用GAMIT軟件對各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)四期觀測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果如表1。

      3.4 分析研究

      通過對表格分析,我們得到以下結(jié)論:(1)采用GAMIT 軟件,對每期單點(diǎn)定位觀測數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)變化可以反映到小數(shù)點(diǎn)后5位,說明精密單點(diǎn)定位技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)微小改變。(2)對比GAMIT和panda解算結(jié)果,兩者解算數(shù)據(jù)差在小數(shù)點(diǎn)后6位上,反映兩種解算軟件均可精確解算精密單點(diǎn)定位觀測數(shù)據(jù)。(3)通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解算,我們可以確定精密單點(diǎn)定位技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的可行性。

      4 結(jié)語

      此次實(shí)驗(yàn)是用一個滑坡實(shí)測數(shù)據(jù),通過經(jīng)典相對定位的解算和采用精密單點(diǎn)定位方法解算的對比,來說明精密單點(diǎn)定位技術(shù)在滑坡監(jiān)測中的具體應(yīng)用的可行性。由于該文只對點(diǎn)位的經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行對比研究,對于高程精度,該文沒有作過多研究,由于研究時間的限制,該文研究的問題只限于定位精度的對比,而沒有從改進(jìn)誤差模型的角度出發(fā),結(jié)論可能具有一定的有限性。但是,就精密單點(diǎn)定位技術(shù)的具體應(yīng)用而言,該技術(shù)的優(yōu)勢非常突出。相信在不久的未來,該技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于監(jiān)測領(lǐng)域。

      參考文獻(xiàn)

      [1] 汪平.GPS單頻精密單點(diǎn)定位理論研究與算法實(shí)現(xiàn)[D].解放軍信息工程大學(xué),2010.

      [2] 季朝亮,齊中華,張力仁,等.利用精密單點(diǎn)定位(PPP)方法在黑龍江省進(jìn)行1:10 000像片控制測量的精度分析[J].測繪與空間地理信息,2014(10):234-236,242.

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