GNSS精密星历定位技术在滑体形变监测中的应用分析

李昆

摘要：GNSS精密星历定位技术具有全天候、全球性、高精度、高速度、误差不随定位时间而积累等优点。GNSS监测成果可以直观显示变形状况，提供预警指示，这对于自然灾害的防范起到了重要作用。本文将通过探讨基于GNSS精密星历定位技术在唐家湾滑体监测中的数据处理方法、提高观测精度的措施、成果比对分析等，对变形体部位的安全评价提供了重要依据。

关键词：形变监测;GNSS精密星历定位;应用;分析

1.引言

传统形变监测是使用常规的测量仪器，选择网中高等级点建立统一基准，将监控网点高精度地与各部位的独立基准点联测，形成整体的监测网。监测网的精度和可靠性要求比较高，观测周期多，所需费用高，而且需要大量的人力物力。

滑体形变监测需要提供快速、高精度的监测数据，分析预警信息，很明显传统形变监测方法不满足要求。而GNSS精密星历定位技术在滑坡群监测中精度高、速度快，因此取得了一致认可与广泛应用。

2.IGS星历与基线精度分析

为了突破美国对GPS卫星精密星历技术封锁，IGS国际协作组织在全球建立了400多个卫星定位跟踪站，主要作用是提供高精度的精密星历和精密钟差，此举极大提高GNSS卫星和用户接收机相对定位技术（特别是载波相位）的精度，使其在测量领域得到了较好的评价并推动了其更为广泛的应用。

卫星轨道的精度是影响IGS星历基线解算精度的重要因素之一，其对基线的影响可以较为精确地用下式给出：

式中△r为卫星轨道的误差，r为卫星至测站的位置矢量，△b为基线矢量的误差，b为两站之间基线矢量。设r=22000km，b=100km，如△r=20m，则星历误差对基线解算在最不利的情况下影响为2.2cm。由此可见，提高卫星轨道的精度是保证GNSS相对定位精度的关键之一。

3.外业观测数据检核

复测基线精度较差：

σ 为基线测量中误差，单位mm;采用外业测量时接收机的标称精度。

同步觀测环校核：

独立闭合环或附合路线坐标闭合差和各坐标分量闭合差应满足：

n为闭合环边数

4.GNSS数据处理方法

基线处理软件采用美国麻省理工学院和Scripps研究所共同研制的GAMIT软件，该软件是世界上最优秀的GNSS数据处理软件之一，在利用精密星历的情况下，基线解的相对精度能够达到10-7。

提取高精度基线向量的方法：①选取相互独立的基线，否则影响平差结果真实性;②所选取的基线应构成闭合的几何图形;③选取质量好的基线向量，基线质量可依据RMS、RDOP、RATIO、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来判定;④选取能构成边数较少的异步环的基线向量;⑤选取边长较短的基线向量。

网平差采用美国麻省理工学院（MIT）和Scripps海洋研究所（SIO）共同研制的GLOBK软件。三维无约束平差目的：①根据无约束平差的结果，判别在所构成的GPS网中是否有粗差基线。②调整各基线向量观测值的权，使它们相互匹配。约束平差或联

合平差可根据需要在三维空间进行或二维空间中进行。步骤：①指定进行平差的基准和坐标系统。②指定起算数据。③检验约束条件的质量。④进行平差解算。

5.影响GNSS质量的因素

观测值的精度：由观测方法和基线处理方法决定。起算数据的质量、数量、分布及与网的关系：由网的设计和外业观测调度决定。网的结构（基线向量的数量及配置）：由网的设计和外业观测调度决定。数学模型的完备性：由数据处理软件决定。

6.提高观测精度的措施

仪器：采用双频接收机、抗多路径天线、相同型号的天线。测站：强制对中。观测环境：避开多路径、电磁干扰的环境。观测要求：进行天线定向;若非强制对中，则不同时段天线重新安置。早晚观测、多时段观测、延长观测时段、提高采样率、降低截止高度角等。作业调度：基线的布置（复测边、闭合环的配置）。

发现质量问题的处理：如发现构成GNSS网的基线中含有粗差，则需要采用删除含有粗差的基线、重新对含有粗差的基线进行解算或重测含有粗差的基线等方法加以解决;

7.工程案例

7.1工程概况

唐家湾滑体位于金沙江的右岸，距坝址河道距离13.8km，是近坝库段分布的一个大型～特大型古滑坡体。滑坡位于滑坡群下游。滑坡顺江展布长约900m，前缘堆积高程390m，后缘平台高程650m，钻孔揭示厚 55.66～166.04m，方量约4760万m3，主滑方向N25°W，为一岩质滑坡。

7.2 GNSS控制网设计

选站时有利于GNSS信号的接收;便于GNSS观测;便于点位的保存。基准站还应尽可能使测站附近的局部环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。

7.3监测成果比对分析

从对比表可以看出，两者在东坐标位移量差值在-12.00mm～10.00mm之间，北坐标位移量差值在7.80mm～14.20mm之间，垂直位移量差值在6.50mm～17.80mm。两种GNSS解算方法在基线解算软件、平差模型等方面存在差异，两种方法的解算结果必然存在不同;但两种方法在形变量、形变趋势等方面不存在明显差异。

8.结论

（1）基于单基线解算的极坐标法成果与约束网平差成果趋势一致，虽有所差异，但在误差范围内，二者符合性好，说明监测成果是准确可靠的。

（2）唐家湾滑体GNSS监测主要表现为河谷位移趋势，高程方向表现为沉降变形。其东坐标最大位移-286.10mm，北坐标最大位移229.10mm，垂直位移最大位移218.00mm。变化最大部位位于唐家湾座滑体。

GNSS精密星历定位技术对滑体测点具有快速、高精度获取三维坐标数据的优点，可以达到毫米级精度。通过周期观测可以看到变形体长期的变化趋势，为以后的分析决策提供依据。

参考文献

[1]李益斌，张书华，王波，卞和方.快速精密星历与最终精密星历对定位精度的影响和比较[J].全球定位系统.2008（02）

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