GNSS精密星歷定位技術在滑體形變監測中的應用分析

李昆

摘要：GNSS精密星歷定位技術具有全天候、全球性、高精度、高速度、誤差不隨定位時間而積累等優點。GNSS監測成果可以直觀顯示變形狀況，提供預警指示，這對于自然災害的防范起到了重要作用。本文將通過探討基于GNSS精密星歷定位技術在唐家灣滑體監測中的數據處理方法、提高觀測精度的措施、成果比對分析等，對變形體部位的安全評價提供了重要依據。

關鍵詞：形變監測;GNSS精密星歷定位;應用;分析

1.引言

傳統形變監測是使用常規的測量儀器，選擇網中高等級點建立統一基準，將監控網點高精度地與各部位的獨立基準點聯測，形成整體的監測網。監測網的精度和可靠性要求比較高，觀測周期多，所需費用高，而且需要大量的人力物力。

滑體形變監測需要提供快速、高精度的監測數據，分析預警信息，很明顯傳統形變監測方法不滿足要求。而GNSS精密星歷定位技術在滑坡群監測中精度高、速度快，因此取得了一致認可與廣泛應用。

2.IGS星歷與基線精度分析

為了突破美國對GPS衛星精密星歷技術封鎖，IGS國際協作組織在全球建立了400多個衛星定位跟蹤站，主要作用是提供高精度的精密星歷和精密鐘差，此舉極大提高GNSS衛星和用戶接收機相對定位技術（特別是載波相位）的精度，使其在測量領域得到了較好的評價并推動了其更為廣泛的應用。

衛星軌道的精度是影響IGS星歷基線解算精度的重要因素之一，其對基線的影響可以較為精確地用下式給出：

式中△r為衛星軌道的誤差，r為衛星至測站的位置矢量，△b為基線矢量的誤差，b為兩站之間基線矢量。設r=22000km，b=100km，如△r=20m，則星歷誤差對基線解算在最不利的情況下影響為2.2cm。由此可見，提高衛星軌道的精度是保證GNSS相對定位精度的關鍵之一。

3.外業觀測數據檢核

復測基線精度較差：

σ 為基線測量中誤差，單位mm;采用外業測量時接收機的標稱精度。

同步觀測環校核：

獨立閉合環或附合路線坐標閉合差和各坐標分量閉合差應滿足：

n為閉合環邊數

4.GNSS數據處理方法

基線處理軟件采用美國麻省理工學院和Scripps研究所共同研制的GAMIT軟件，該軟件是世界上最優秀的GNSS數據處理軟件之一，在利用精密星歷的情況下，基線解的相對精度能夠達到10-7。

提取高精度基線向量的方法：①選取相互獨立的基線，否則影響平差結果真實性;②所選取的基線應構成閉合的幾何圖形;③選取質量好的基線向量，基線質量可依據RMS、RDOP、RATIO、同步環閉和差、異步環閉和差和重復基線較差來判定;④選取能構成邊數較少的異步環的基線向量;⑤選取邊長較短的基線向量。

網平差采用美國麻省理工學院（MIT）和Scripps海洋研究所（SIO）共同研制的GLOBK軟件。三維無約束平差目的：①根據無約束平差的結果，判別在所構成的GPS網中是否有粗差基線。②調整各基線向量觀測值的權，使它們相互匹配。約束平差或聯

合平差可根據需要在三維空間進行或二維空間中進行。步驟：①指定進行平差的基準和坐標系統。②指定起算數據。③檢驗約束條件的質量。④進行平差解算。

5.影響GNSS質量的因素

觀測值的精度：由觀測方法和基線處理方法決定。起算數據的質量、數量、分布及與網的關系：由網的設計和外業觀測調度決定。網的結構（基線向量的數量及配置）：由網的設計和外業觀測調度決定。數學模型的完備性：由數據處理軟件決定。

6.提高觀測精度的措施

儀器：采用雙頻接收機、抗多路徑天線、相同型號的天線。測站：強制對中。觀測環境：避開多路徑、電磁干擾的環境。觀測要求：進行天線定向;若非強制對中，則不同時段天線重新安置。早晚觀測、多時段觀測、延長觀測時段、提高采樣率、降低截止高度角等。作業調度：基線的布置（復測邊、閉合環的配置）。

發現質量問題的處理：如發現構成GNSS網的基線中含有粗差，則需要采用刪除含有粗差的基線、重新對含有粗差的基線進行解算或重測含有粗差的基線等方法加以解決;

7.工程案例

7.1工程概況

唐家灣滑體位于金沙江的右岸，距壩址河道距離13.8km，是近壩庫段分布的一個大型～特大型古滑坡體。滑坡位于滑坡群下游。滑坡順江展布長約900m，前緣堆積高程390m，后緣平臺高程650m，鉆孔揭示厚 55.66～166.04m，方量約4760萬m3，主滑方向N25°W，為一巖質滑坡。

7.2 GNSS控制網設計

選站時有利于GNSS信號的接收;便于GNSS觀測;便于點位的保存。基準站還應盡可能使測站附近的局部環境（地形、地貌、植被等）與周圍的大環境保持一致，以減少氣象元素的代表性誤差。

7.3監測成果比對分析

從對比表可以看出，兩者在東坐標位移量差值在-12.00mm～10.00mm之間，北坐標位移量差值在7.80mm～14.20mm之間，垂直位移量差值在6.50mm～17.80mm。兩種GNSS解算方法在基線解算軟件、平差模型等方面存在差異，兩種方法的解算結果必然存在不同;但兩種方法在形變量、形變趨勢等方面不存在明顯差異。

8.結論

（1）基于單基線解算的極坐標法成果與約束網平差成果趨勢一致，雖有所差異，但在誤差范圍內，二者符合性好，說明監測成果是準確可靠的。

（2）唐家灣滑體GNSS監測主要表現為河谷位移趨勢，高程方向表現為沉降變形。其東坐標最大位移-286.10mm，北坐標最大位移229.10mm，垂直位移最大位移218.00mm。變化最大部位位于唐家灣座滑體。

GNSS精密星歷定位技術對滑體測點具有快速、高精度獲取三維坐標數據的優點，可以達到毫米級精度。通過周期觀測可以看到變形體長期的變化趨勢，為以后的分析決策提供依據。

參考文獻

[1]李益斌，張書華，王波，卞和方.快速精密星歷與最終精密星歷對定位精度的影響和比較[J].全球定位系統.2008（02）

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