利用PPP固定解提取桥梁变形的可行性分析

■闵　星　李润田　贾亚娜（天津市测绘院天津300381）

利用PPP固定解提取桥梁变形的可行性分析

■闵星李润田贾亚娜
（天津市测绘院天津300381）

研究了基于整数钟模糊度固定的方法，以RTKLIB为平台初步实现了PPP固定解。将PPP固定解用于提取桥梁变形信息，进行桥梁安全监测。通过PPP浮点解解算和PPP固定解解算的结果分析和比对，表明PPP固定解较PPP浮点解的精度和稳定性有大幅提高，能够提取桥梁的变形量，初步验证了其可行性。

PPP固定解变形信息RTK桥梁安全监测

1　引言

本文在RTKLIB开源程序的基础上，实现了CNES中心Laurichesse等提出的整数钟（IRCs）模糊度固定方法，将其用于某桥梁变形监测数据处理中，提取变形信息，初步验证了PPP固定解提取桥梁变形的可行性。

2　PPP模糊度固定方法

2.1非差观测方程

GPS双频伪距和载波相位观测方程为：

其中，P1、ψ1分别为对应频率i(1,2)的伪距和载波相位观测值，λ1为载波L1的波长，N1为载波L1对应的整周模糊度，P1、P2为接收机r天线相位中心到卫星s之间的几何距离，还包括对流层延迟、相对论效应等与频率无关的误差，δW1为对应频率上的相位缠绕效应误差，1为频率f1上的电离层延迟，q为载波相位频率之比f1/f2，c为真空中的光速，dtr、dts分别为接收机和卫星钟差，br*、bs*分别为不同频率不同类型观测值对应的接收机端硬件延迟和卫星端硬件延迟。

2.2非差模糊度固定

针对非差模糊度固定这一关键技术，国内外学者已进行了较为深入和系统的研究，并取得了丰富的成果。本文仅对整数钟方法（IRCs）进行介绍。

基于IRCs的PPP模糊度固定算法主要分为三个部分：宽巷卫星小数偏差估计、整数卫星钟差估计、用户端模糊度固定。首先根据方程（1）、（2）、（3）、（4）形成M-W组合固定宽巷模糊度：

其中，Nw=N2-N1为宽巷模糊度，ur、uS分别为接收机端和卫星端的宽巷延迟。宽巷模糊度可通过多历元平滑获得较准确的估值，将其从（5）式中减去后仅剩接收机端和卫星端宽巷小数硬件延迟，可通过固定地面观测站网中基准站的接收机小数硬件延迟，进而分解出卫星端宽巷小数硬件延迟；然后根据方程（1）、（2）、（3）、（4）形成消电离层组合：

3　桥梁变形监测试验

3.1试验数据说明

试验数据来源于广州某大桥施工的GPS监测网，采用12台高采样率的中海达双频GPS接收机，其中一台固定作为基准站（M0，图中未画出），其余都安置在桥梁各监测部位，取2014年2月15日的数据，当天天气晴朗微风，观测条件良好。本文实验选取了位于桥梁中部的GPS2号点，分别进行了事后差分动态解算、PPP浮点解解算和PPP固定解解算，并转换得到相对于参考点M0的ENU三维基线向量进行分析。

3.2试验结果分析

对于短基线的事后差分动态处理，采用了Novatel公司开发的高精度事后处理软件GrafNav，其标称精度为1cm+1.0ppm，本文先将差分结果作为真值，比较PPP浮点解和PPP固定解的精度，两者均基于RTKLIB解算得到。

PPP固定解由于将模糊度固定，充分利用了模糊度信息，极大的改善了定位精度，与双差解更加吻合，其差值序列较PPP浮点解稳定。PPP浮点解的模糊度容易受到各种误差影响，并且在动态定位中，位置参数前后约束小，使得动态PPP浮点解的定位精度较差，不能充分利用载波的观测信息。比较两者的定位精度，可知，PPP固定解的平面精度优于2cm，高程精度优于4cm，比PPP浮点解的精度分别提高了66%和69%，对于高精度的桥梁变形监测，PPP固定解模式优于PPP浮点解模式。

4　结论

本文研究了PPP的整数钟模糊度固定方法，并利用RTKLIB进行了二次开发。采用CNES中心发布产品，实现了PPP固定解。并针对某桥梁GPS变形监测数据，分析了PPP固定解提取桥梁变形的可行性。实验表明，PPP固定解较PPP浮点解有更好的定位精度和稳定性，可以提取桥梁变形量，并且能够正确检测出桥梁振动的真实频率，随着PPP固定解在变形监测领域的深入研究和软件的开发完善，利用PPP固定解进行桥梁变形监测和分析是可行的。

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P2[文献码]B

1000-405X（2016）-1-389-1