gps變形監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法研究

1、<p>　　GPS變形監(jiān)測網(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)測項目的GPS觀測數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，分別采用兩種不同的方法(方法一：基于基準點的約束平差；方法二：基于基準點的坐標轉換方法)處理實驗數(shù)據(jù)。在此基礎上對實驗結果進行了各個方面的比對分析?？偨Y了兩種方法各自的特點和局限性。 </p><p>　　關鍵詞：GPS 變形監(jiān)測；約束平差；坐標轉換

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：P228.4文獻標識碼：A文章編號： </p><p

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

6、之前組織實施了對五塊滑坡體的變形監(jiān)測。方案設計采用GPS測量作為主要測量手段。技術方案采用雙頻GPS觀測，兩級布網(wǎng)。基準網(wǎng)有六個基準點，監(jiān)測點共布設了36個。經(jīng)過長時間的重復觀測得到了總共十七期的觀測數(shù)據(jù)。本文利用其中的崗尖滑坡體的部分GPS觀測數(shù)據(jù)(包括3個基準點，9個監(jiān)測點，17期數(shù)據(jù))進行實驗驗證。分別用方法一：基于基準點的約束平差；方法二：基于基準點的坐標轉換方法。對數(shù)據(jù)進行處理，并轉換到高斯坐標，最后對兩種不同的數(shù)據(jù)處理方法所

7、得結果進行比較分析其特點。 </p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　基于基準點的約束平差 </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→新建一個項目→導入接收機原始數(shù)據(jù)→處理GPS基線→固定三個基準點并手工輸入

8、它們在WGS-84坐標系下的三維坐標進行約束平差→得到各點WGS-84坐標系下的三維坐標及其精度。 </p><p>　　第二步：利用科傻系統(tǒng)（COSA）將各點WGS-84坐標轉(X,Y,Z)換成大地坐標(B,L,H)，其原理公式如下： </p><p>　　式中，,為該點卯酉圈曲率半徑；分別為該點大地坐標系對應的橢球的長半軸和第一偏心率。 </p><p>　　利

9、用科傻系統(tǒng)（COSA）的具體轉換過程如下： </p><p>　　在進行轉換前選擇“文件”菜單的“新建”項，編輯生成輸入文件 *.XYZ，其格式為：點名X Y Z 。 </p><p>　　設置坐標系參數(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“坐標轉換”菜單下選“”子項進行轉換，此時屏幕出現(xiàn)打開文件窗口，選取輸入文件“一期.XYZ”，并單擊“打開”。 </p><p>　　此時屏幕顯示輸入文件“一期.XYZ”和輸出文件“一期.BLH”的文件。結果文件格式為：點名 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：提取出各點的大地經(jīng)度L和大地緯度B，利用

11、科傻系統(tǒng)（COSA）進行高斯投影，投影基準為WGS-84橢球，以II03點概略經(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()。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，編輯生成輸入文件 “一期.BL”，其格式為：點名 BL。并在在“參數(shù)設置”項輸入Y加常數(shù)10000m（10km）。 </p><p&

12、gt;　　設置坐標系參數(shù)：橢球長軸6378137m，橢球扁率分母298.25722356，中央子午線101.2100 </p><p>　　在“坐標轉換”菜單下選“”子項進行轉換，此時屏幕出現(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、基于基準點的坐標轉換方法 </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→新建一個項目→導入接收機原始數(shù)據(jù)→固定一個基準點坐標作為網(wǎng)的位置基準→處理GPS基線→基線解算后在WGS84坐標系下進行自由網(wǎng)平差，

14、得到三維坐標（X,Y,Z），這種坐標不是基準點坐標系下的坐標 ，存在方位和尺度的誤差。 </p><p>　　第二步：將三個基準點(II03,II04,II05)作為公共點，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坐標轉換成基準坐標系下的坐標。 </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()和

15、大地高H以及各監(jiān)測點的變形量。 </p><p><b>　　結果分析 </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（X,Y）和大地高H，然后對每一個監(jiān)測點進行分析，把同一個監(jiān)測點的十七期的最終結果放在一起并用除第一期以外的各期坐標值減第一期得到變形監(jiān)測點在各個坐標分量上的變化量。由于篇幅有限，本文只給出14號點位Y坐標的變化趨勢比較，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號點的變化趨勢 </p><p>　　y2表示用方法二（自由平差+坐標轉換）處理所得14號點的變化趨勢 </p><p>　　由以上兩種方法對比驗證，我們得出結論：兩種方法都是可行的，都能達到所要求的精度。雖然通常我們在做變形監(jiān)測時，總是采用先做自由平差，再做坐標轉換的方法來獲得變形量。然而，

17、由本次實驗結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轉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。 </p><p><b>　　四、結束語 </b></p><p>　?、艑τ贕PS變形監(jiān)測網(wǎng)，固定多個已知點的約束平差會將基準點的誤差引入GPS監(jiān)測點，除非基準點精度很高，其誤差對于GPS監(jiān)測點可忽略不計。所以基準點觀測時間應盡可能

18、長。 </p><p>　　⑵對于GPS變形監(jiān)測網(wǎng)，每一期都固定一個已知點的無約束平差成果會更有價值。這樣基準點間的位移，或基準點的觀測誤差不會影響平差結果。 </p><p>　?、歉髌谟^測結果進行無約束平差后，雖然統(tǒng)一了位置基準，但仍然存在著方位基準和尺度基準點影響。為了利用各期平差結果進行變形分析，各期無約束平差結果還必須利用全部基準點進行坐標轉換以統(tǒng)一方位基準和尺度基準。坐標轉換方

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按二維轉換模型進行準換。 </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轉換但是在約束平差之前也必須進行自由平差從而發(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，但是受到測區(qū)一直控制點的限制，控制點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

20、用于坐標轉換，但是受到坐標轉軟件和換模型的限制，選取不同軟件不同模型得到的結果精度有所不同，如果測區(qū)控制點少于三個則根本無法坐標轉換。 </p><p>　　⑸實驗結果表明應用兩種方法都能得到理想的變形監(jiān)測信息，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)較明顯的錯誤，相互印證。 </p><p>　?、蕦τ贕PS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，但由于時間、能力有限未能進行研究。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]徐紹銓、張華海、楊志強、王澤民.《GPS 測量原理》.（第三版）武漢：武漢大學出版社2008 </p><p>　　[2]許其鳳.《GPS衛(wèi)星導航與精密