GPS測量精度與可靠性關系

付邦坤

摘 要： 在地面沉降監(jiān)測中，GPS技術是一項十分關鍵的技術，因此，保障GPS測量精度才是保障地面沉降監(jiān)測可靠性的關鍵?；诖?，本文對GPS測量精度和可靠性之間的關系進行分析，以此來為地面沉降監(jiān)測質量的提升提供相應參考。

關鍵詞： 地面沉降測量;GPS技術;精度;可靠性

【中圖分類號】TD172.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）09-0241-01

引言：隨著近年來地下水的過量開采，我國的很多地區(qū)都出現了不同程度的地面沉降情況，釀成了很多地質災害，這些地質災害會引起河水倒灌、洪澇加劇等情況，嚴重影響到當地居民的工作和生活。而地面沉降又有著比較大的速度差別，通常在每年幾毫米到幾百毫米不等，沉降時也會有水平移動情況發(fā)生。所以，在通過GPS技術進行地面沉降的測量過程中，一定要做好測量精度的控制，以此來保障測量的可靠性。

1 GPS測量精度誤差及其控制分析

在通過GPS技術進行地面沉降測量的過程中，可影響其測量精度的因素有很多，包括電離層、衛(wèi)星軌道、多路徑效應、大氣層、接收環(huán)境以及人為因素等，且在這些因素中，系統(tǒng)性的精度誤差和偶然性的精度誤差又經常同時存在。而在精度控制中，通常采用加長測量時間的方式來消除偶然性誤差。對于系統(tǒng)性精度誤差，可通過以下的幾種方式進行控制：

1.1 接收機

雙頻接收機可以實現兩路載波信號的同時接收，然后借助于對兩組信號的比較來消除電離層對GPS衛(wèi)星信號傳輸的影響，實現測量精度的進一步提升。就目前來看，高性能接收機可以將精度控制在5mm+1*10-6D以下，可顯著提升地面沉降的精準度。

1.2 觀測點位置選擇

在通過GPS技術進行地面沉降測量時，觀測點的位置選擇應注意以下幾點：①便于保存;②視野開闊;③距大功率無心點發(fā)射源足夠遠;④易于接收設備的安裝;⑤地面基礎穩(wěn)定且在15°以上沒有障礙物;⑥點位四周不可有水域或其他會對衛(wèi)星信號接收造成影響的物體[1]。

在具體的位置選擇中，應根據不同地區(qū)的實際情況進行靈活部署，如果部署地區(qū)人口比較密集，且有樹木和建筑物等遮擋，可將其布置在建筑物的樓頂，以此來避免信號傳輸受到干擾，同時應做好建筑物的穩(wěn)定性評估，以保障觀測點的安全性。

1.3 強制對中技術的應用

在水準點，可以通過三角架支撐法來進行GPS觀測，但是因為儀器相位中心與觀測點之間很難重合，所以需要對儀器進行整平處理，并對這兩者之間的距離進行測量，應該將精度誤差控制在3mm以下。為避免人為因素導致的誤差，可以將強制對中技術加以合理應用。該技術最大的一個特點就是將一個有著強制對中螺孔的不銹鋼鋼板固定在柱石上，在測量過程中可借助于螺孔專用螺栓來實現觀測標石和GPS天線之間的連接[2]。

1.4 計算軟件

在通過GPS技術進行地面沉降測量的過程中，計算軟件的合理選擇也是保障測量精度、提升測量可靠性的關鍵。具體選擇如下：

1.5 觀測網型設計

在通過GPS技術進行地面沉降測量的過程中，如果要實現對沉降面積形態(tài)的勾畫，則應該將監(jiān)控點距離控制在5-20km之間。具體測量中，為保障網型結構強度，一定要通過邊聯(lián)法來進行組網測量，閉合環(huán)邊數應控制在5以內。為了讓整個控制網計算精度得到有效保障，在監(jiān)測區(qū)域內，應盡量進行已知的精確坐標點安裝，以此來實現對網約束平差的輔助控制。

1.6 坐標系統(tǒng)

GPS監(jiān)測獲得的所有監(jiān)測點都是以WGS-84橢圓球體為基礎的大地高，在傳統(tǒng)形式的水準測量中，或得到的是該店鉛錘線方向到大地水準面之間的正常高度。因為這兩種測量方法是在不同坐標系中獲得測量結果，所以目前依然沒有相應的模型可以實現精準轉換。具體測量中，為防止引入誤差，應盡量不要進行大地高到正常高的轉換。而在地面沉降測量中，由于這兩種形式的坐標系向上的夾角非常小，所以獲得的測量值也十分相似。

2 觀測時間對測量精度的影響分析

在通過GPS技術進行地面沉降的測量過程中，觀測時間長度將會對測量精度造成直接的影響。觀測的時間越長，通過接收機也就會獲得越穩(wěn)定的原始數據，測量精度也會進一步提升，但是這樣的情況會降低工作效率，加大成本。所以在具體的測量中，應盡量選擇一個合適的觀測時間，既保障數據質量又保障工作效率[3]。為實現這一目的，有學者分別通過一般商用軟件和專業(yè)高精度軟件來進行美國南加州一個沉降區(qū)域的測量，通過11個連續(xù)跟蹤GPS數據站的研究與分析發(fā)現，在觀測時間達到了24h的情況下，這兩款軟件對于基線的處理結果基本一致，每一條基線向量的誤差都可以控制在10mm以內。但是如果將觀測時間縮短到6h，測量誤差就會顯著增加。下圖是觀測精度和觀測時間長度之間的關系圖：

3 地面沉降測量中GPS測量精度和可靠性之間的關系

在應用GPS技術進行地面沉降測量的過程中，測量的可靠性不僅體現在測量值與實際值是否相符，同時也體現在能否通過測量來實現相關地質災害的預知或避免。而測量精度是保障測量值科學性、準確性的一個首要條件，良好的測量精度可以讓測量值與實際值更加接近，同時也可以根據長時間的地面沉降值變化來總結出一定的變化規(guī)律，以此來做好后期地面沉降情況的預測。在具體測量中，相關單位一定要做好測量精度控制，以此來掌握地面沉降規(guī)律，及時規(guī)避嚴重地質災害。這樣才可以讓GPS技術在地面沉降測量和地質災害防御中發(fā)揮出自身充分的作用與優(yōu)勢，最大限度降低地質災害為當地居民的危害。

參考文獻

[1] 萬亮.GPSRTK在控制測量中的精度可靠性研究[J].建筑工程技術與設計，2018，（34）：345.

[2] 劉鑫，舒航，孟令聰，等.北斗系統(tǒng)的道路測量精度與可靠性實驗研究[J].黑龍江科學，2019（4）：28-29.

[3] 諶揚，蔡曉曦.基于建筑工程中GPS的測量不確定度評定方法的探究[J].長沙大學學報，2020（2）：42-44.