GNSS精密单点定位技术在滑坡中的应用

张华留　高雅萍　张菊　张亚茹　曾发彬　成航

摘 要：以具体滑坡监测工程为例，结合实测数据，采用不同的软件和不同的解算模型，对该技术所能达到的精度、实施方案的可行性进行讨论，通过对结果的对比分析，探讨GNSS精密单点定位技术在实际监测工程中的具体应用，得到一些有用的经验。

关键词：精密单点定位 误差分析 精度

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（a）-0058-02

传统的标准单点定位（Standard Point Positioning，SPP）采用伪距观测值和广播星历提供的卫星轨道和卫星钟差参数进行导航和定位。受广播星历和伪距观测值精度限制，单点定位精度仅为数米至数十米，无法满足高精度定位需求。精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）技术是1997年美国喷气推进实验室（JPL）的Zumberge等人提出的，并在GIPSY软件中实现。精密单点定位的意义是：利用事先确定的高精度卫星星历和卫星钟差，以及双频载波相位观测值，采用非差模型进行单点定位。精密单点定位与相对定位相比，最大的优势是不需要架设参考站，从而克服了相对定位受距离限制的问题，单台接收机即可实现高精度绝对定位[1]。PPP仅需要单台接收机就可以实现高精度的动态和静态定位，作业效率高、费用低，适用于各种环境，同时也为大范围、大规模GPS网数据处理提供了一种新的解决思路[2]，但由于采用非差分观测模型进行数据解算，一些可以通过差分消除的误差，在非差观测模型中必须重点考虑这些因素的影响，例如卫星天线相位中心偏差、接收机天线相位中心偏差及地球固体潮、海洋负荷等对测站坐标的影响就必须在单点定位中主要考虑。采用何种观测值模型，采用怎样的误差修正模型就直接影响到精密单点定位技术的应用。该文结合具体滑坡监测工程，采用精密单点定位方法解算点位坐标，通过不同的精密单点解算软件的计算和不同的计算模型的对比分析，分析精密单点定位方法在滑坡监测中的适用性。

1 精密单点定位基础

1.1 精密单点定位观测方程

观测量有伪距观测量和载波相位观测量两种，在地固系中伪距观测值的非线性观测方程如下所示。

1.2 精密单点定位的误差源

（1）同测站、接收机有关的误差。主要是接收机天线相位中心偏差、接收机钟差、地球自转的影响、潮汐的影响。（2）同卫星有关的误差。包括卫星钟差、相对论效应、卫星星历误差、卫星天线相位中心偏差及相位缠绕。（3）同信号传播有关的误差。主要是电离层延迟、对流层延迟以及多路径效应。在GPS精密单点定位中，需要利用这些原始的载波相位和伪距观测值形成线性组合观测值，以帮助确定相位模糊度，进行周跳的探测和修复等。

1.3 常用的组合模型

观测值之间的线性组合如下所示。

其中n、m为常数，在所有的任意线性组合中，只有遵循一些重要准则的组合才有意义，其标准为：（1）组合观测值应能保持模糊度的整数特性，以利于正确确定整周模糊度；（2）组合观测值应具有适当的特性，有助于周跳的探测；（3）组合观测值应不受或基本不受电离层折射影响；（4）组合观测值应具有较小的测量噪声。

2 常用精密单点定位软件简介

2.1 TriP软件

TriP软件是武汉大学张小红教授开发的国内首款高精度的商用精密单点定位软件，其源代码不公开。

2.2 GAMIT

GAMIT/GLOCK软件是分析研究高精度GPS测量数据处理软件，它由美国麻省理工学院（MIT）和斯克里普斯海洋研究所（SIO）联合开发，其源代码开放。软件设计基于支持X-Window的UNIX系统，现在的版本适用于Sun（OS/4，Solaris 2）、HP、IBM/RISC、DEC和基于、Intel工作站的LINUX操作系统。作为科研软件，GAMIT/GLOBK供研究和教育部门无偿使用，只需通过正式途径得到使用许可证。

2.3 Bernese

Bernese是瑞士伯尼尔大学天文研究所研发的高精度数据处理软件。可以采用非差模型进行精密单点定位解算。现推出Bernese 5.0。

3 实例分析

3.1 实验数据选取

此次实验选取某滑坡实测数据，该区域位于陇南山区丘陵地带，所有点均埋桩。观测时间为6～12 h。观测时间为2014年11月～2015年3月共5期。选取3个已知GPS控制点的观测数据作为实验数据，并利用已知GPS数据作为对比参考。

3.2 方案设计

（1）运用相对定位和精密单点定位模型进行解算，对比各种解算结果的坐标差，确定解算精度及适合的解算模型。

（2）选择panda，GAMIT精密单点定位软件进行解算，对解算结果进行分析对比，分析各自的优缺点。

3.3 具体试验结果

利用GAMIT软件对各实验点四期观测数据的处理结果如表1。

3.4 分析研究

通过对表格分析，我们得到以下结论：（1）采用GAMIT 软件，对每期单点定位观测数据处理，数据变化可以反映到小数点后5位，说明精密单点定位技术可以发现微小改变。（2）对比GAMIT和panda解算结果，两者解算数据差在小数点后6位上，反映两种解算软件均可精确解算精密单点定位观测数据。（3）通过实验数据的解算，我们可以确定精密单点定位技术在滑坡监测中的可行性。

4 结语

此次实验是用一个滑坡实测数据，通过经典相对定位的解算和采用精密单点定位方法解算的对比，来说明精密单点定位技术在滑坡监测中的具体应用的可行性。由于该文只对点位的经纬度坐标进行对比研究，对于高程精度，该文没有作过多研究，由于研究时间的限制，该文研究的问题只限于定位精度的对比，而没有从改进误差模型的角度出发，结论可能具有一定的有限性。但是，就精密单点定位技术的具体应用而言，该技术的优势非常突出。相信在不久的未来，该技术必将广泛应用于监测领域。

参考文献

[1] 汪平.GPS单频精密单点定位理论研究与算法实现[D].解放军信息工程大学，2010.

[2] 季朝亮，齐中华，张力仁，等.利用精密单点定位（PPP）方法在黑龙江省进行1：10 000像片控制测量的精度分析[J].测绘与空间地理信息，2014（10）：234-236，242.