GPS测量在滑坡监测殊处理方法探讨

摘要：本文通过实例论述了应用GPS技术在滑坡监测中的数据处理方法，提出了GPS应用中值得注意的几个问题，获得了一些有实用价值的经验和数据。

关键词：GPS； 滑坡；监测； 处理方法

中图分类号：X830文献标识码： A

1前言

滑坡监测具有鲜明的行业特性：山高坡陡、植被茂密、通视困难，且监测周期长，监测控制点容易破坏。这使常规测量方法进行滑坡监测往往难以进行，随着GPS全球卫星定位系统的发展，因其“高效、经济、可靠”的优势，在各行业工程测量中得到广泛应用。但是GPS属于卫星大地测量范畴，怎样针对滑坡的特性，在小范围内建立滑坡监测控制网中合理、充分地应用GPS技术，一直是工程测量人员较为关注的问题。作者通过三峡库区某地滑坡监测成果的数据处理体会，提出了GPS应用中值得注意的几个问题，获得了一些有一定参考价值的经验和数据。

2布网方案：

GPS网中测站点之间无需保持通视，对图形条件也没有硬性规定，因而网的设计和选点等更为自由、方便。可省去中间的一些坐标传递点。GPS监测网的设计一般是在滑坡区外地质稳定的地方选择３－４个固定点作为基准点，在滑坡内布设监测点。

GPS监测网选点时主要考虑监测点在滑坡区的位置是否合理和能否顺利地接收卫星信号的问题。如 ：

1）测站周围在高度角13°以上是否存在成片的障碍物。

2）测站离电视台、电台、移动通讯台站、微波中继站等强信号源保持一定的距离。观测期间，不得在天线50 m以内使用电台，10m以内使用对讲机。（详见接收机说明书，不同的仪器有不同的要求），以防过强的信号进入天线，损坏前置放大器。

3）测站离开变电站、高压线等信号干扰物一定距离（如200m，以免影响卫星信号的接收）。

4）测站不应选在房屋、围墙、广告牌、山坡陡坎、大面积平静水面（湖、池塘等）附近，汽车也不应停在测站附近，以避免产生多路径误差。

实例中滑坡监测网由３个固定基准点和６个监测点构成（如图）

3野外观测

技术依据为：《工程测量规范》（GB50026--93）

《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314--2001）。

由于一般滑坡监测点距离都比较短（１千米左右），所以采用单频或双频GPS接收机均能够满足野外数据采集要求，我们采用五台套Trimble 5700双频GPS接收机，仪器标称精度5mm＋1PPm。进行首期数据的测量，首测时段＞８小时，常规监测期间野外观测时段＞4小时

4GPS数据处理

GPS数据内业处理采用Trimble公司的商用平差软件TGO v1.62版进行，整个平差过程可分两步：首先在WGS-84坐标系下进行基线解算，然后进行无约束平差，对整网的内符合精度进行分析，我国“全球定位系统（GPS）测量规范（国家标准）”规定，只按三角形进行同步环检验，其限差为:

（1）

(2)

（3）

式中： σ—为相应级别规定的精度，按网中的实际平均边长计算。

异步环（由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环）闭合差限差：C、D、E级（及B级外业基线预处理）结果应满足:

Wx≤3σ……(4) Wy≤3σ…… (5)Wz≤3σ……(6)

Ws≤3σ…………(7)

式中：n—闭合环的边数；σ—相应级别规定的精度（按实际平均边长计算） ……(8)

经验算各期闭合环的闭环差满足规范要求．首期野外成果对整网的内符合精度进行分析，确认无粗差存在后，再用同济大学测量系研制的平差软件TGPPS4.03进行检验，所得基线解算结果较差如下：最大值1.8mm，最小值０.5mm，说明基线测量结果可靠。

5GPS滑坡监测网平差

GPS滑坡监测网的最大特点是边长短，精度要求高，针对这些特点，我在滑坡监测的外业观测和内业数据处理过程中采用了一些特殊的方法．一般GPS工程网平差都是进行国家标准坐标系下，使用两个以上已知点进行约束网平差．而滑坡监测中在一些特殊的情况下我一般采用基准点与监测点之间的单基线法．下面以监测实例的首测及5期监测平差结果来分析比较两种方法对监测精度的影响．

监测点成果采用两种方法平差解算：第一种方法是采用解算合格的全部基线，然后以J2点作为起算点平差；另外一种方法是解算与J2相连的8条基线，以J2点为已知点进行单基线解算．两种平差方法得到的监测点点位中误差统计如下表

表１点位中误差统计表

从表１中可以看出，采用单基线法平差的中误差为采用网平差法的50-60%，也就是单基线法精度较高．

表2单基线法与网平差法高斯坐标差值表

从表2看出：大部分点位网平差法和单基线法平差结果差异平面位置在１ｍｍ以内，高程差大部分在５ｍｍ以内．

6GPS监测网高程的处理

GPS定位只能获得大地高H，要把大地高转换成正常高h，两者之间有一个差为高程异常ξ，即H=h+ξ，必须知道ξ后才有可能将H转换为h，对于小范围的滑坡监测而言，通常都是求出各期坐标差值进行比较．因此为了减少大地高转化为正常高的精度损失我在处理GPS监测数据时一般情况下把大地高作为滑坡监测点的最终成果．

7结论

利用全球卫星定位系统（GPS）进行地质灾害滑坡监测时，在某些特殊的GPS监测网平差时，利用基准点至监测点的单基线解算较为有利．分析原因：在GPS监测网中，由于受到卫星在天空中分布状况及卫星本身的状态影响，监测点分布状况的不同，会对接收卫星的信号质量产生影响，在网平差法中引入了部分质量欠佳的基线向量参与平差解算，从而影响了部分监测点的解算质量．单基线法平差能够有效的避免基线网中不良基线给平差带来的不利影响．

单基线解算的成果由于没有多余的检核条件，如果单基线本身精度不理想，对解算的监测结果会产生很大影响，甚至得出错误的监测成果．这就需要计算者凭经验和多次监测成果的连续性综合判断结果的真伪．在基线的解算时由于基准点在不同时间段接收卫星的信号质量不一样，在解算的时候应该选择观测条件最好的基准点作为起算点，再采用单基线法解算监测点的结果作为最后的监测成果．