GPS测量精度与可靠性关系

付邦坤

摘 要： 在地面沉降监测中，GPS技术是一项十分关键的技术，因此，保障GPS测量精度才是保障地面沉降监测可靠性的关键。基于此，本文对GPS测量精度和可靠性之间的关系进行分析，以此来为地面沉降监测质量的提升提供相应参考。

关键词： 地面沉降测量;GPS技术;精度;可靠性

【中图分类号】TD172.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）09-0241-01

引言：随着近年来地下水的过量开采，我国的很多地区都出现了不同程度的地面沉降情况，酿成了很多地质灾害，这些地质灾害会引起河水倒灌、洪涝加剧等情况，严重影响到当地居民的工作和生活。而地面沉降又有着比较大的速度差别，通常在每年几毫米到几百毫米不等，沉降时也会有水平移动情况发生。所以，在通过GPS技术进行地面沉降的测量过程中，一定要做好测量精度的控制，以此来保障测量的可靠性。

1 GPS测量精度误差及其控制分析

在通过GPS技术进行地面沉降测量的过程中，可影响其测量精度的因素有很多，包括电离层、卫星轨道、多路径效应、大气层、接收环境以及人为因素等，且在这些因素中，系统性的精度误差和偶然性的精度误差又经常同时存在。而在精度控制中，通常采用加长测量时间的方式来消除偶然性误差。对于系统性精度误差，可通过以下的几种方式进行控制：

1.1 接收机

双频接收机可以实现两路载波信号的同时接收，然后借助于对两组信号的比较来消除电离层对GPS卫星信号传输的影响，实现测量精度的进一步提升。就目前来看，高性能接收机可以将精度控制在5mm+1*10-6D以下，可显著提升地面沉降的精准度。

1.2 观测点位置选择

在通过GPS技术进行地面沉降测量时，观测点的位置选择应注意以下几点：①便于保存;②视野开阔;③距大功率无心点发射源足够远;④易于接收设备的安装;⑤地面基础稳定且在15°以上没有障碍物;⑥点位四周不可有水域或其他会对卫星信号接收造成影响的物体[1]。

在具体的位置选择中，应根据不同地区的实际情况进行灵活部署，如果部署地区人口比较密集，且有树木和建筑物等遮挡，可将其布置在建筑物的楼顶，以此来避免信号传输受到干扰，同时应做好建筑物的稳定性评估，以保障观测点的安全性。

1.3 强制对中技术的应用

在水准点，可以通过三角架支撑法来进行GPS观测，但是因为仪器相位中心与观测点之间很难重合，所以需要对仪器进行整平处理，并对这两者之间的距离进行测量，应该将精度误差控制在3mm以下。为避免人为因素导致的误差，可以将强制对中技术加以合理应用。该技术最大的一个特点就是将一个有着强制对中螺孔的不锈钢钢板固定在柱石上，在测量过程中可借助于螺孔专用螺栓来实现观测标石和GPS天线之间的连接[2]。

1.4 计算软件

在通过GPS技术进行地面沉降测量的过程中，计算软件的合理选择也是保障测量精度、提升测量可靠性的关键。具体选择如下：

1.5 观测网型设计

在通过GPS技术进行地面沉降测量的过程中，如果要实现对沉降面积形态的勾画，则应该将监控点距离控制在5-20km之间。具体测量中，为保障网型结构强度，一定要通过边联法来进行组网测量，闭合环边数应控制在5以内。为了让整个控制网计算精度得到有效保障，在监测区域内，应尽量进行已知的精确坐标点安装，以此来实现对网约束平差的辅助控制。

1.6 坐标系统

GPS监测获得的所有监测点都是以WGS-84椭圆球体为基础的大地高，在传统形式的水准测量中，或得到的是该店铅锤线方向到大地水准面之间的正常高度。因为这两种测量方法是在不同坐标系中获得测量结果，所以目前依然没有相应的模型可以实现精准转换。具体测量中，为防止引入误差，应尽量不要进行大地高到正常高的转换。而在地面沉降测量中，由于这两种形式的坐标系向上的夹角非常小，所以获得的测量值也十分相似。

2 观测时间对测量精度的影响分析

在通过GPS技术进行地面沉降的测量过程中，观测时间长度将会对测量精度造成直接的影响。观测的时间越长，通过接收机也就会获得越稳定的原始数据，测量精度也会进一步提升，但是这样的情况会降低工作效率，加大成本。所以在具体的测量中，应尽量选择一个合适的观测时间，既保障数据质量又保障工作效率[3]。为实现这一目的，有学者分别通过一般商用软件和专业高精度软件来进行美国南加州一个沉降区域的测量，通过11个连续跟踪GPS数据站的研究与分析发现，在观测时间达到了24h的情况下，这两款软件对于基线的处理结果基本一致，每一条基线向量的误差都可以控制在10mm以内。但是如果将观测时间缩短到6h，测量误差就会显著增加。下图是观测精度和观测时间长度之间的关系图：

3 地面沉降测量中GPS测量精度和可靠性之间的关系

在应用GPS技术进行地面沉降测量的过程中，测量的可靠性不仅体现在测量值与实际值是否相符，同时也体现在能否通过测量来实现相关地质灾害的预知或避免。而测量精度是保障测量值科学性、准确性的一个首要条件，良好的测量精度可以让测量值与实际值更加接近，同时也可以根据长时间的地面沉降值变化来总结出一定的变化规律，以此来做好后期地面沉降情况的预测。在具体测量中，相关单位一定要做好测量精度控制，以此来掌握地面沉降规律，及时规避严重地质灾害。这样才可以让GPS技术在地面沉降测量和地质灾害防御中发挥出自身充分的作用与优势，最大限度降低地质灾害为当地居民的危害。

参考文献

[1] 万亮.GPSRTK在控制测量中的精度可靠性研究[J].建筑工程技术与設计，2018，（34）：345.

[2] 刘鑫，舒航，孟令聪，等.北斗系统的道路测量精度与可靠性实验研究[J].黑龙江科学，2019（4）：28-29.

[3] 谌扬，蔡晓曦.基于建筑工程中GPS的测量不确定度评定方法的探究[J].长沙大学学报，2020（2）：42-44.