gps變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法研究

1、<p>　　GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法研究</p><p>　　摘要：本文以卡拉水電站變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別采用兩種不同的方法(方法一：基于基準(zhǔn)點(diǎn)的約束平差；方法二：基于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了各個(gè)方面的比對(duì)分析?？偨Y(jié)了兩種方法各自的特點(diǎn)和局限性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS 變形監(jiān)測(cè)；約束平差；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2、</p><p>　　Abstract: This paper in Cara Hydropower Station deformation monitoring project of GPS observational data as the experimental data, using two different methods (method: Based on the constraint of da

3、tum point adjustment; method two: Based on Coordinate Datum Transformation Method) in experimental data processing. Based on the analysis and comparison of various aspects of experimental results. Summarizes the characte

4、ristics and limitations of the two methods. </p><p>　　Key words: GPS deformation monitoring; constraint adjustment; coordinate transformation </p><p>　　中圖分類號(hào)：P228.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p

5、><b>　　背景介紹 </b></p><p>　　隨著GPS 技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS 在各種行業(yè)應(yīng)用廣泛，GPS已經(jīng)成為變形監(jiān)測(cè)中常用的一種重要方法。因此，本文用卡拉水電站變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來研究不同數(shù)據(jù)處理方法的特點(diǎn)。雅礱江卡拉段位于四川省木里縣境內(nèi)，該江段地處山區(qū)，水流湍急，水力資源豐富，地質(zhì)資料表明該江段兩側(cè)山體存在五個(gè)巨型滑坡體，沿江長度超過10Km，在準(zhǔn)備修建大壩

6、之前組織實(shí)施了對(duì)五塊滑坡體的變形監(jiān)測(cè)。方案設(shè)計(jì)采用GPS測(cè)量作為主要測(cè)量手段。技術(shù)方案采用雙頻GPS觀測(cè)，兩級(jí)布網(wǎng)?；鶞?zhǔn)網(wǎng)有六個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)了36個(gè)。經(jīng)過長時(shí)間的重復(fù)觀測(cè)得到了總共十七期的觀測(cè)數(shù)據(jù)。本文利用其中的崗尖滑坡體的部分GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)(包括3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，17期數(shù)據(jù))進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別用方法一：基于基準(zhǔn)點(diǎn)的約束平差；方法二：基于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換到高斯坐標(biāo)，最后對(duì)兩種不同的數(shù)據(jù)處理方法所

7、得結(jié)果進(jìn)行比較分析其特點(diǎn)。 </p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　基于基準(zhǔn)點(diǎn)的約束平差 </p><p>　　第一步：用TTC（Trimble Total Control）GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理各期數(shù)據(jù)，具體處理流程如下：“打開TTC軟件→新建一個(gè)項(xiàng)目→導(dǎo)入接收機(jī)原始數(shù)據(jù)→處理GPS基線→固定三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)并手工輸入

8、它們?cè)赪GS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)進(jìn)行約束平差→得到各點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)及其精度。 </p><p>　　第二步：利用科傻系統(tǒng)（COSA）將各點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)(X,Y,Z)換成大地坐標(biāo)(B,L,H)，其原理公式如下： </p><p>　　式中，,為該點(diǎn)卯酉圈曲率半徑；分別為該點(diǎn)大地坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的橢球的長半軸和第一偏心率。 </p><p>　　利

9、用科傻系統(tǒng)（COSA）的具體轉(zhuǎn)換過程如下： </p><p>　　在進(jìn)行轉(zhuǎn)換前選擇“文件”菜單的“新建”項(xiàng)，編輯生成輸入文件 *.XYZ，其格式為：點(diǎn)名X Y Z 。 </p><p>　　設(shè)置坐標(biāo)系參數(shù)：橢球長軸為：6378137m，橢球扁率分母為：298.25722356。 </p><p>　　該參數(shù)為WGS-84橢球參數(shù)。 </p><p

10、>　　在“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”菜單下選“”子項(xiàng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此時(shí)屏幕出現(xiàn)打開文件窗口，選取輸入文件“一期.XYZ”，并單擊“打開”。 </p><p>　　此時(shí)屏幕顯示輸入文件“一期.XYZ”和輸出文件“一期.BLH”的文件。結(jié)果文件格式為：點(diǎn)名 B L H；經(jīng)緯度B、L以度分秒（DDD.MMSS）為單位，大地高H以米為單位。 </p><p>　　第三步：提取出各點(diǎn)的大地經(jīng)度L和大地緯度B，利用

11、科傻系統(tǒng)（COSA）進(jìn)行高斯投影，投影基準(zhǔn)為WGS-84橢球，以II03點(diǎn)概略經(jīng)度101°21′為中央子午線，Y常數(shù)加10000m，從而得到高斯平面坐標(biāo)()。利用科傻系統(tǒng)（COSA）具體投影過程如下： </p><p>　　選擇“文件”菜單的“新建”項(xiàng)，編輯生成輸入文件 “一期.BL”，其格式為：點(diǎn)名 BL。并在在“參數(shù)設(shè)置”項(xiàng)輸入Y加常數(shù)10000m（10km）。 </p><p&

12、gt;　　設(shè)置坐標(biāo)系參數(shù)：橢球長軸6378137m，橢球扁率分母298.25722356，中央子午線101.2100 </p><p>　　在“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”菜單下選“”子項(xiàng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此時(shí)屏幕出現(xiàn)打開文件窗口，選取輸入文件“一期.BL”。并單擊“打開”按鈕。 </p><p>　　此時(shí)屏幕顯示輸入文件“一期.BL”和輸出文件“一期.XY”的窗口，單擊“保存”。保存生成文件。生成文件中各項(xiàng)以空格

13、分隔，經(jīng)緯度B、L以度分秒（DDD.MMSS）為單位。 </p><p>　　2、基于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法 </p><p>　　第一步：用TTC（Trimble Total Control）GPS數(shù)據(jù)處理軟件處理各期數(shù)據(jù)，具體處理流程如下：“打開TTC軟件→新建一個(gè)項(xiàng)目→導(dǎo)入接收機(jī)原始數(shù)據(jù)→固定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)作為網(wǎng)的位置基準(zhǔn)→處理GPS基線→基線解算后在WGS84坐標(biāo)系下進(jìn)行自由網(wǎng)平差，

14、得到三維坐標(biāo)（X,Y,Z），這種坐標(biāo)不是基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo) ，存在方位和尺度的誤差。 </p><p>　　第二步：將三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(II03,II04,II05)作為公共點(diǎn)，采用布爾莎(Bursa)七參數(shù)模型（如第二章公式所示），將自由平差得到的各點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。 </p><p>　　第二步、第三步、分別與方法一中第二步、第三步相同。利用該種方法同樣得到高斯平面坐標(biāo)()和

15、大地高H以及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量。 </p><p><b>　　結(jié)果分析 </b></p><p>　　用兩種方法處理數(shù)據(jù)最終都得到高斯平面坐標(biāo)（X,Y）和大地高H，然后對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，把同一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的十七期的最終結(jié)果放在一起并用除第一期以外的各期坐標(biāo)值減第一期得到變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各個(gè)坐標(biāo)分量上的變化量。由于篇幅有限，本文只給出14號(hào)點(diǎn)位Y坐標(biāo)的變化趨勢(shì)比較，如下：

16、 </p><p>　　圖表說明：y1表示用方法一（約束平差）處理所得14號(hào)點(diǎn)的變化趨勢(shì) </p><p>　　y2表示用方法二（自由平差+坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）處理所得14號(hào)點(diǎn)的變化趨勢(shì) </p><p>　　由以上兩種方法對(duì)比驗(yàn)證，我們得出結(jié)論：兩種方法都是可行的，都能達(dá)到所要求的精度。雖然通常我們?cè)谧鲎冃伪O(jiān)測(cè)時(shí)，總是采用先做自由平差，再做坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法來獲得變形量。然而，

17、由本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明用約束平差的方法直接獲得變形量，而不再多做一步坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法也可以滿足做變形分析的需要，而且由方法一無法比擬的特點(diǎn)。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　?、艑?duì)于GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，固定多個(gè)已知點(diǎn)的約束平差會(huì)將基準(zhǔn)點(diǎn)的誤差引入GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，除非基準(zhǔn)點(diǎn)精度很高，其誤差對(duì)于GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)可忽略不計(jì)。所以基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間應(yīng)盡可能

18、長。 </p><p>　?、茖?duì)于GPS變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，每一期都固定一個(gè)已知點(diǎn)的無約束平差成果會(huì)更有價(jià)值。這樣基準(zhǔn)點(diǎn)間的位移，或基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)誤差不會(huì)影響平差結(jié)果。 </p><p>　?、歉髌谟^測(cè)結(jié)果進(jìn)行無約束平差后，雖然統(tǒng)一了位置基準(zhǔn)，但仍然存在著方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)點(diǎn)影響。為了利用各期平差結(jié)果進(jìn)行變形分析，各期無約束平差結(jié)果還必須利用全部基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以統(tǒng)一方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方

19、法可以用布爾薩(Bursa)七參數(shù) 模型也可以將大地經(jīng)度、大地緯度或高斯平面直角坐標(biāo)按二維轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行準(zhǔn)換。 </p><p>　?、?兩種方法處理數(shù)據(jù)的基本流程大致相同，不同之處在于方法一雖然不需要坐標(biāo)轉(zhuǎn)換但是在約束平差之前也必須進(jìn)行自由平差從而發(fā)現(xiàn)粗差，自由平差之后再約束平差得到高精度的WGS-84地心坐標(biāo)，但是受到測(cè)區(qū)一直控制點(diǎn)的限制，控制點(diǎn)不足則約束平差精度不高；方法二只需自由平差一步就可以直接將所得坐標(biāo)

20、用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，但是受到坐標(biāo)轉(zhuǎn)軟件和換模型的限制，選取不同軟件不同模型得到的結(jié)果精度有所不同，如果測(cè)區(qū)控制點(diǎn)少于三個(gè)則根本無法坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 </p><p>　?、蓪?shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)用兩種方法都能得到理想的變形監(jiān)測(cè)信息，所不同的是方法二的工作量較方法一稍大，而方法一不如方法二靈活。實(shí)際工作中可以分別選取兩種方法處理驚醒比較以發(fā)現(xiàn)較明顯的錯(cuò)誤，相互印證。 </p><p>　　⑹對(duì)于GPS數(shù)據(jù)處理除

21、了 用以上兩種方法還可以用其他方法如：違逆平差、擬穩(wěn)平差、卡爾曼濾波等方法來研究，但由于時(shí)間、能力有限未能進(jìn)行研究。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]徐紹銓、張華海、楊志強(qiáng)、王澤民.《GPS 測(cè)量原理》.（第三版）武漢：武漢大學(xué)出版社2008 </p><p>　　[2]許其鳳.《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航與精密