国产接收机在形变监测应用中的可靠性分析——以新丰江水库为例
GPS测量在水库大坝变形中的应用与分析

GPS测量在水库大坝变形中的应用与分析3熊 刚1,詹景祥2(1.广东省地质建设工程集团公司,广东广州510080;2.广东省地质测绘院,广东广州510080) 摘 要:介绍了水库大坝变形测量的精度要求,应用静态GPS接收机测量水库大坝变形监测基站网,对其精度与误差进行分析,并提出实现毫米级或亚毫米级GPS监测网的措施。
关键词:大坝变形;GPS监测网;基线精化;多路径效应;海潮负荷改正中图分类号:P258 文献标识码:A 文章编号:100829268(2006)06200292061 前言土石水库大坝变形测量的内容有:水平位移、垂直位移(沉降与回升)、渗透(浸润线)以及裂隙观测,而前两项涉及基准点(网)测量、基准工作站测量和监测点测量,这三项测量工作对精度要求较高,为大坝变形容许误差的1/10~1/20;而对于上述三项工作的误差一般各分摊三分之一;因此供水平位移监测的基准工作站必须达到毫米级。
以往通常采用高精度边角(网)测量;垂直位移要达到毫米级,通常采用精密水准测量。
GPS测量能否代替变形基准监测网站的常规测量?精度如何?为此,我们结合台山水库大坝进行了试验,并用TCA1800全站仪(1mm 测距精度的自动照准精密型全站仪)进行检测比对,实践证明GPS测量完全可以取代高精度边角(网)测量。
我们根据有关理论对影响精度的原因进行了分析研究,并对影响精度的因素提出相应对策和措施,以保证实现高精度。
现将试验结果与分析介绍于后。
2 台山水库大坝情况台山电厂大坑水库位于台山市赤溪镇的铜鼓河的上游,距电厂约2km。
水库汇水面积约13平方千米,总库容约60万立方米,是台山电厂配套工程。
它供应电厂的工业用水和生活用水。
水库下游一公里处除电厂外,另有铜鼓和龙颈两村。
水库于2001年8月建成。
主要建筑物为均质土坝一座,大坝高55m,坝顶长度260m,宽度8m;侧流堰式溢洪道一座,最大流量342立方米;输水涵管两条。
为保障下游大型电厂设施和万余人生命财产安全,按有关规定必须进行大坝安全监测。
GPS在水电站大坝变形监测中的应用及影响

GPS在水电站大坝变形监测中的应用及影响在经济水平的不断提升下,我国开展了众多的水电站大坝建设工程,为了确保工程质量,施工人员需要对大坝变形情况进行实时监测。
但是传统的测量方法无法满足这一监测要求,需要运用GPS技术,代替原有的光学、电子测量仪器,实现对大坝变形的动态监测,从而获得增加精确的数据。
本文就GPS在水电站大坝变形监测中的应用及影响进行了研究分析。
标签:GPS;水电站;大坝变形监测;应用;影响前言GPS技术是一项实时定位测量技术,因其精度较高、观测时间短等优势,备受人们的青睐。
GPS技术在不断的发展中,应用范围也在不断拓展,在测绘领域中也实现了这一技术的运用。
1998年,我国首次在大坝变形监测中运用GPS技术,并取得了良好效果,并对水电站大坝变形监测工作产生了十分积极的影响。
1、GPS技术对水电站大坝变形监测的影响GPS技术在水电站大坝变形监测中的应用,对这一工作产生了会死分积极的影响。
第一,GPS技术实现了对水电站大坝变形的全天候监测。
GPS测量技术在运用过程中,可以不受环境、天气的影响,无论是雨天、雪天、还是风天,都能够正常运行,只要在GPS监测系统中设置防雷设备,便能够实现对水电站大坝变形的全天候监测。
第二,GPS技术提升了水电站大坝变形监测数据的精准度。
这一技术能够在应用中,提供1×10-6及以上的定位精度,大大提升了监测数据的准确性。
第三,GPS技术的应用减轻了水电站大坝变形监测工作负担。
在技术的不断发展过程中,GPS接收机自动化程度大大提升,体积及重量都在不断减小,工作人员携带更加方便,工作人员操作十分便利。
同时,接收机为用户提供了相应的接口,用户能够实现对水电站大坝各个部分数据的监测,形成自动化的监测系统,实现信息的自动收集、处理、报警等。
第四,GPS技术为水电站大坝变形监测工作提供了监测点三维位移信息,减轻了变形分析难度。
在传统监测技术的运用中,需要对平面及垂直两方面的位移监测运用不同的方法,工作量、运用时间都相对较多,监测点位等也无法保持一致,不仅测量人员的工作负担较重,且变形分析的难度较大。
大坝变形监测的研究现状与发展趋势

文章编号:100722284(2006)022*******大坝变形监测的研究现状与发展趋势李红连,黄丁发,陈宪东(西南交通大学土木工程学院,成都610031) 摘 要:大坝变形观测是其安全监测的重要组成部分。
介绍和分析了各种常规的变形观测方法以及最新监测技术:激光准直、传感器、全站仪、GPS自动变形监测系统;给出了大坝变形观测的发展趋势:多天线GPS、多种卫星导航定位系统组合和多传感器智能数据融合的大坝变形自动监测系统。
关键词:大坝;变形监测;全站仪;GPS;数据融合 中图分类号:TV698.1+1 文献标识码:B 20世纪以来,相继发生了美国Teton土石坝、法国Mal2 passet拱坝、意大利Vajaut拱坝、我国板桥和石漫滩等水库的跨坝事件,给相关国家带来了惨重的灾害和巨大的经济损失,引起人们对大坝安全监测的高度重视。
大坝安全监测的主要项目有变形监测、渗流监测、应力应变监测、温度监测和大坝周围环境监测等。
由于变形监测能直观地反映大坝运行性态,许多大坝性态出现异常,最初都是通过变形监测值出现异常得到反映的,因此变形监测项目列为大坝安全监测的首选监测项目[1~3]。
在我国大坝变形监测领域中,经历了20世纪50年代开始研究和使用的人工变形监测系统,70年代开始研究和使用的以传感器、激光技术和全站仪TPS为基础的自动化变形监测系统以及90年代开始研究的GPS自动化变形监测系统等发展阶段。
1 人工变形监测系统1.1 水平位移监测(1)视准线法是在大坝两端稳定的基岩上埋设固定工作基点,其连线构成视准线,沿视准线在坝体上每隔适当的距离埋设水平位移观测点,在这2个固定的工作基点上架设经纬仪观测这些测点相对视准线的偏角,从而计算得到位移。
对于坝长超过500m和折线型坝,需在坝体中间和转折处增设非固定的工作基点,但应考虑该基点的位移。
(2)引张线法是在大坝两端工作基点间拉紧1根钢丝作为基准线,然后观测坝体上各测点对该基准线的距离变化量来计算水平位移。
GPS在大坝变形监测中的可行性研究

GPS在大坝变形监测中的可行性研究
阮国杰;陈代鑫✉
【期刊名称】《水上安全》
【年(卷),期】2024()8
【摘要】大坝是人类工程建设中的重要组成部分,其结构完整性和稳定性对于水资源管理和灾害防范至关重要。
因此,大坝的变形监测是必不可少的工作。
传统的大坝变形监测方法存在一些局限性,如地面测量方式的限制和监测精度的不足。
而全球定位系统(GPS)技术的出现为大坝变形监测提供了一种新的解决方案。
随着社会的发展和科技的进步,大坝的安全问题日益受到关注。
大坝的变形监测是确保大坝安全稳定的重要手段之一。
本文以GPS技术为研究对象,探讨了其在大坝变形监测中的可行性。
通过对GPS原理、精度、稳定性等关键因素的分析研究,得出了GPS 可作为大坝变形监测的有效手段的结论。
同时,还介绍了GPS在大坝变形监测中的应用案例,并对其优缺点进行了分析。
最后,本文提出了进一步发展和完善GPS在大坝变形监测中的应用的建议。
【总页数】3页(P1-3)
【作者】阮国杰;陈代鑫✉
【作者单位】甘肃林业职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV6
【相关文献】
1.GPS技术在水库大坝变形监测中的应用
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5.GPS技术在水库大坝变形监测中的应用研究
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GPS在大坝变形监测中的应用

GPS在大坝变形监测中的应用作者:蔡海峰雷河森冯凌浩王田磊来源:《华夏地理中文版》2014年第07期随着时代的进步,人类生产、生活领域不断扩大,需要监视地表、地面建筑和各种工程设施以及生存空间的点位移动状况,并进行地面形变测量。
传统的测量方法观测时间长,劳动量大,已经不能很好的满足变形监测的需求,GPS定位技术具有,精度高、速度快、全天候等特点。
GPS技术解决了常规测量中需要多种观测的问题,观测结果能充分反映出变形体的全方位活动性,利用GPS技术对不稳定区域进行变形监测,处理后的结果能很好的反映变形的趋势,可以有效的预防灾难性事故的发生。
实践证明,对于数公里的短边长,GPS相对定位可达毫米级精度。
随着GPS系统的完善,GPS接收机性能和解算软件不断改进,在短距离(二三公里以内)上能够达到亚毫米级的精度。
比如目前标称精度为1mm十(0.1~1)×106×D的接收机已经问世;使用精密星历和高精度的基线解算软件(如Trimble Geomatics Office软件),对观测时段长为1h的观测资料的解算其水平精度优于1mm,垂直精度优于1.5mm。
这样,高精度的GPS定位技术便可用于水库大坝的变形监测。
一、GPS变形监测网形设计点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。
由于点连式所构成的网形几何强度很弱,在GPS形变监测网中一般不使用。
边连式是指同步图形之间由—条公共基线连接。
这种布网方案,网的几何强度高,有较多的重复边和非同步图形闭合条件,在GPS形变监测网中多采用。
若设计为GPS网,则可以去掉网中变形监测控制点中的导线点,保留控制点中的三角点(A、B、C、D)作为基准点与变形观测点一同进行GPS网的网形设计。
用三台接收机进行观测的网形设计如图1所示,用四台接收机进行观测的网形设计如图2所示。
对于图1,基准网点4个,三个时段,基准点与变形观测点连成三角形16个,观测16个时段。
大坝变形监测数据分析与应用研究

大坝变形监测数据分析与应用研究大坝作为重要的水利工程设施,其变形监测是保障大坝安全运行的重要手段。
本文将对大坝变形监测数据进行分析,并探讨其应用研究。
一、大坝变形监测数据分析1. 数据收集与处理大坝变形监测数据的收集可通过传感器、GNSS等设备实时获取。
收集到的数据需要经过预处理、去噪处理等,确保数据的准确性和可靠性。
同时,还需对数据进行分割,按照时间序列进行存储和管理,便于后续分析。
2. 变形监测数据分析指标大坝变形监测数据分析的关键是确定合适的指标,以反映大坝的变形情况。
常用的指标包括:- 位移变形指标:通过计算不同时间点的位移变化,反映大坝在水平、垂直、径向等方向上的位移情况。
- 倾斜变形指标:通过倾斜仪等设备测量大坝的倾斜情况,确定大坝的倾斜变形程度。
- 应力变形指标:通过测量大坝材料的应力变化,反映大坝在承受水压等作用下的变形情况。
3. 变形监测数据分析方法在大坝变形监测数据分析中,常用的方法包括:- 统计分析:通过对变形监测数据进行统计分析,得出变形的概率分布、均值、方差等指标。
- 趋势分析:采用回归分析等方法,分析数据的变化趋势,判断大坝是否存在长期变形。
- 关联分析:将大坝变形监测数据与其他因素进行关联分析,如研究水位、地震活动等与大坝变形的相关性。
二、大坝变形监测数据的应用研究1. 大坝安全预警与风险评估通过对大坝变形监测数据的分析,可以对大坝的安全状况进行预警和评估。
当监测数据显示大坝变形超过安全阈值时,可以及时采取措施,防范大坝安全风险。
同时,结合地质、工程等因素,评估大坝的整体风险,为大坝的维护与管理提供决策依据。
2. 大坝结构优化设计通过大坝变形监测数据的分析,可以了解大坝的变形模式和特点,为大坝的结构优化设计提供依据。
通过合理的结构调整,减少大坝的变形,提高工程的可靠性和稳定性。
3. 预测大坝的寿命与维护计划通过对大坝变形监测数据的长期分析,可以预测大坝的剩余寿命,并制定相应的维护计划。
新丰江入库流量测量误差分析
新丰江入库流量测量误差分析欧阳丽【摘要】新丰江水库为多年调节水库,具有库面大,相对入库流量小特点.本文通过对水量平衡公式的蒸发流量,库容差,发电流量,泄洪流量,渗漏损失等各因素进行统计分析,找出新丰江水库反推入库流量测量推求误差的主要原因,并提出提高新丰江入库流量测量精度的方法.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2012(040)012【总页数】3页(P14-16)【关键词】入库流量测量;误差分析;功率反推;风速;开停机;蒸发;库面面积【作者】欧阳丽【作者单位】粤电新丰江发电有限责任公司发电部水调班,广东河源517021【正文语种】中文【中图分类】P332.40 前言新丰江水电站位于广东省河源市境内、珠江水系东江支流新丰江下游亚婆山峡谷出口处,距河源市约6 km。
新丰江流域属亚热带季风气候区,西北为九连山脉,东南为灯塔盆地,地势由西北向东南倾斜,流域内水量充沛,主要受锋面雨和台风雨影响。
降雨特点为雨量多、强度大、汛期长,时程及地区分布不均。
汛期分前汛期和后汛期,4—6月份为前汛期,来水占全年来水的48%;7—9月份为后汛期,来水占全年来水的31%;整个汛期来水约占全年来水的80%。
坝址以上流域面积5 734 km2,流域多年平均降雨量1 774 mm,多年平均流量190 m3/s,库容系数107%,属多年调节水库。
相对其他水库来水,主要特点是水面面积宽,水位对入库流量功率反推影响大。
流域内主要分布着4条比较大的河流:新丰水,连平水,大席水,船塘水。
1 水量平衡公式水量平衡的计算公式为:式中:Q入为入库流量;Q发为发电流量;Q泄为泄洪流量;Q蒸为蒸发流量;Q供为供水流量;Q渗为渗漏流量;△V为△T时段长的库容差;△T为时段长。
2 反推入库流量误差分析2.1 蒸发流量新丰江发电公司经过多年蒸发测量,在30多年的基础上,分1—12个月制定出新丰江水库12条水位蒸发流量曲线。
然后根据蒸发流量曲线查找蒸发流量。
GNSS技术在水库大坝变形监测分析中应用
GNSS技术在水库大坝变形监测分析中应用摘要:随着科技的发展, GNSS (Global Navigation Satellite System)以其全天候观测、快速定位、连续实时、高度自动化等优点,在工程及灾害监测领域发挥了重要作用,并逐步用于大坝变形监测。
然而,目前该技术在大坝变形监测方面仍有一些缺陷和局限。
本文从 GNSS技术优势及大坝形变的主要因素出发,探索 GNSS在坝体形变监测中的流程,为坝体形变监测提供新思路,促进坝体形变监测理论与技术的创新与发展。
关键词:GNSS 技术;大坝变形监测;应用引言:关于变形测量的技术手段也在持续地进行着更新与发展,其中包含了诸如全球导航卫星技术(GNSS技术)、地面激光扫描等地表变形测量技术,而GNSS技术是目前最为常用的变形监测技术。
全球卫星导航系统(GNSS)的应用,使形变监测技术逐步向自动化、数字化、网络化方向发展,提高了形变监测的水平与精度。
一、GNSS在工程建筑中的作用GNSS是Global Navigation Satellite System 的简称。
当前,国际上使用的 GNSS有四个,分别是美国的 GPS,俄罗斯的 GLONASS,欧盟的 GALILEO和中国的 BDS。
GNSS系统通过一系列卫星的观测数据,如伪距、星历、发射时刻等进行导航和定位。
GNSS具有测量精度高,测量时间短,操作简便等优点。
GNSS系统能够实现全天时的观测,并且不受天气条件的影响,无论是下雨还是下雪,或者是多云,或者是有风有雾。
二个或更多的多个接收机同时进行观测,可极大地提高资料的准确度。
实时动态检测模式是指对坝体的动态变形进行实时监控,其特征是每秒一次取样,并需要计算出各历元的位置。
本文拟利用移动中载波相位模糊度解算出各历元接收点的位置,并对坝体变形特性和成因进行分析。
形变监测对实时性提出了更高的要求,因此,必须构建一套全天候、可实时监测的GNSS自动监测系统,才能及时掌握测点位置的实时变化[1]。
GPS测量技术在水利工程高精度变形监测网中应用论文
GPS测量技术在水利工程高精度变形监测网中的应用【摘要】伴随着我国科技的迅速发展,gps测量技术的应用范围也越来越广泛,gps测量技术在水利工程高精度变形监测网中的应用得到了很大的时效。
本文主要阐述gps测量技术的特点和局限性、gps测量技术在水利工程中的常用的方式、变形监测网中控制网的布设情况和对数据的处理、gps测量技术在水利工程高精度变形监测网的质量的评价。
【关键词】gps测量技术;水利工程;变形监测;观测数据伴随着我国经济的发展,水利工程是一项关乎国计民生的重大建设工程,做好水利工程的建设工作非常重要。
gps系统是一种具有连续性和高精度的测量仪器,对水利工程的建设有很大的影响。
因此,我们就要掌握gps测量技术在水利工程精度变形监测网中的应用进行系统的分析。
1.gps测量技术的特点和局限性1.1 gps测量技术的特点gps测量技术的特点主要体现在以下几个方面:(1)gps测量技术能够为一些用户提供连续性的工作,因此gps 测量技术具有连续性的特点。
(2)gps测量技术开始正常工作运行的时候,不会受天气的影响,可以进行全天候的工作,因此,gps测量技术具有全天候工作的特点。
(3)gps测量技术在工作的时候,只要能够满足其测量的条件,那么就能够实现测量精度的准确性,因此,gps测量技术具有测量的安全性和可靠性的特点。
(4)gps测量技术能够达到测量的精度,其中没有误差的产生。
(5)gps测量技术的劳动强度是非常大的,只要满足了具体的工作条件,那么就可以轻松的进行高精度的作业。
(6)gps测量技术的速度是非常快的,对一个测点进行定位只需要几秒钟的时间。
1.2 gps测量技术的局限性(1)利用gps技术在对一些河道进行测量的时候存在着一些局限性,同时也会受到一些外部环境的影响,因此在进行测量的时候就要避开高压电路或者具有非常强的电磁干扰的地方。
(2)如果gps测量技术在被一些高大的建筑物阻挡的时候,那么就会影响到接受信号的效果,影响gps测量的正常工作情况。
大坝变形监测技术在工程实践中的应用研究
大坝变形监测技术在工程实践中的应用研究一、引言大坝作为重要的水利工程设施,对水资源的存储和利用起着重要的作用。
然而,由于大坝的长期受力和水压等因素的影响,大坝会出现一定的变形现象,如温度变形、弯曲变形、滑动变形等,这些变形会给大坝的稳定和安全带来威胁。
因此,大坝变形监测技术的研究与应用对于确保大坝的安全运行具有重要意义。
二、大坝变形监测技术的分类大坝变形监测技术通常可分为两大类:非接触监测技术和接触监测技术。
1. 非接触监测技术非接触监测技术主要利用遥感技术和激光测量技术等,通过对大坝进行远程的、无接触的监测,实时获取大坝的变形信息。
这种技术具有高精度、高效率和无损伤等特点,能够提供长期观测和大尺度监测能力。
常用的非接触监测技术有卫星遥感监测技术、激光扫描监测技术等。
2. 接触监测技术接触监测技术主要通过安装传感器、测量仪器等接触性的监测装置对大坝进行监测,获取大坝的变形信息。
这种技术可以提供更加细致、准确的监测数据,适用于对精细变形进行监测和研究。
常用的接触监测技术有测站(监测点)监测技术、全站仪监测技术等。
三、大坝变形监测技术在工程实践中的应用大坝变形监测技术在工程实践中的应用非常广泛,主要体现在以下几个方面:1. 大坝稳定性分析通过大坝变形监测技术可以实时获得大坝的变形数据,进而进行大坝的稳定性分析。
通过对大坝各个测点的变形信息进行分析,可以及时发现大坝变形的异常情况,并采取相应的措施进行修补和加固,确保大坝的稳定性和安全性。
2. 大坝运行管理大坝变形监测技术可以帮助工程师对大坝的运行情况进行实时监测和管理。
通过监测大坝的变形情况,可以及时发现大坝的变形趋势和变形速度,为工程师提供依据,以便及时采取措施防止意外情况的发生,保证大坝的正常运行。
3. 大坝建设与设计大坝变形监测技术可以在大坝的建设和设计阶段起到重要作用。
通过监测大坝的变形情况,可以得到关于材料和结构的变形特性,为大坝的设计和施工提供参考依据,提高大坝的抗变形能力和稳定性,减少建设中的问题和风险。
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第41卷第11期2018年11月测绘与空间地理信息GEOMATICS&SPATIALINFORMATIONTECHNOLOGYVol.41ꎬNo.11Nov.ꎬ2018收稿日期:2018-04-03基金项目:江西省数字国土重点实验室开放基金(DLLJ201616)ꎻ东华理工大学实验技术开发研究项目(DHSY-201609)ꎻ国家自然基金项目(41601416)资助作者简介:蔡㊀琅(1993-)ꎬ男ꎬ江西南昌人ꎬ地图学与地理信息系统专业硕士研究生ꎬ主要研究方向为高频GPS数据处理ꎮ国产接收机在形变监测应用中的可靠性分析以新丰江水库为例蔡㊀琅1ꎬ2ꎬ肖根如1ꎬ2ꎬ王建强1ꎬ2ꎬ田莎莎1ꎬ2(1.东华理工大学测绘工程学院ꎬ江西南昌330013ꎻ2.流域生态与地理环境监测国家测信地理信息局重点实验室ꎬ江西南昌330013)摘要:以国产华测N72型接收机为例ꎬ探究国产GPS接收机在形变监测领域应用的可行性ꎮ选取广东省地震局河源站与新丰江水库的两个站点数据ꎬ采用对比研究的方法ꎬ从数据的完整性㊁抗多路径效应㊁接收机信噪比㊁基线长度较差以及数据噪声处理后的均方差数值等方面ꎬ对华测N72接收机与徕卡接收机所测数据解算ꎬ同IGS全球站点数据质量分析报告中反映的平均数据质量比较ꎮ研究表明ꎬ该接收机能满足形变监测的要求ꎬ同时该种数据质量评价方法能够为国产仪器性能检测提供技术参考ꎬ改进原有的评价方案ꎮ关键词:N72接收机ꎻ数据解算ꎻ噪声估计ꎻ多路径误差ꎻ形变监测中图分类号:P228.4㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-5867(2018)11-0049-06ReliabilityAnalysisofHomemadeReceiversintheApplicationofDeformationMonitoring:TakingtheXinfengRiverReservoirasanExampleCAILang1ꎬ2ꎬXIAOGenru1ꎬ2ꎬWANGJianqiang1ꎬ2ꎬTIANShasha1ꎬ2(1.FacultyGeomaticsꎬEastChinaUniversityofTechnologyꎬNangchang330013ꎬChinaꎻ2.KeyLaboratoryofWatershedEcologyandGeographicalEnvironmentMonitoringꎬNASMGꎬNanchang330013ꎬChina)Abstract:ThefeasibilityoftheapplicationofdomesticGPSreceiverinthefieldofdeformationmonitoringisstudiedinthispaperꎬtakingtheN72typedomesticreceiverofHUACEasanexample.FirstꎬthedataofthetwostationsoftheHeyuanandtheXinfengriverbankoftheGuangdongSeismologicalBureauareselected.Thentheintegrityofthedataꎬtheantimultipatheffectꎬthesignaltonoiseratioofthereceiverꎬthepoorbaselinelengthandthemeansquarevarianceaftertheprocessingofthedatanoiseareanalyzed.FinallyꎬthedataqualitymeasuredbytheHUACEreceiverandtheLeicareceiverarecalculatedꎬcompareitwiththeaveragedataqualityre ̄flectedinthedataqualityanalysisreportoftheglobalIGSsite.ThefollowingresultsareobtainedfortheperformanceoftheN72typereceiverthroughvariousindexes:Thereforeꎬthereceivercanmeettherequirementsofdeformationmonitoring.Atthesametimeꎬthisdataqualitycomparisonmethodcanprovidetechnicalreferencefortheperformancetestingofdomesticinstrumentsꎬandimprovetheo ̄riginalevaluationscheme.Keywords:N72receiverꎻdataresolvingꎻnoiseestimationꎻmultipatherrorsꎻdeformationmonitor0㊀引㊀言随着测绘科学技术的发展ꎬ传统测量仪器已无法满足实时高效的高精度形变监测需求ꎬ同时ꎬ高频GPS技术的发展推动传统测绘技术向精准化㊁自动化㊁实时化等方向发展[1]ꎮ在变形监测㊁地壳板块运动等高精度的应用领域ꎬ主要以徕卡(LEICA)㊁天宝(TRIMBLE)㊁拓普康(TOPCON)等国外主流品牌接收机作为首选机器ꎮ且各仪器公司也都为用户提供大坝㊁桥梁㊁地铁㊁滑坡㊁高层建筑等各个行业的解决方案[2]ꎮ进口GPS接收机具有较高的可靠性和稳定性ꎬ深受广大GPS用户的青睐ꎬ尤其在变形监测和地壳板块监测中ꎬ价格较高的进口仪器依然占主导地位ꎮ近几年ꎬ我国GPS接收机在高精度领域也有了突破性的进展ꎬ华测N72㊁中海达VNet8以及南方NetS9等现均支持北斗卫星信号[3]ꎬ并能同时记录高频数据ꎬ精密定位精度达毫米级ꎮ中海达Vnet6型号接收机经测试已经能够满足CORS站的观测要求[4]ꎮ国产仪器在价格上有一定的优势ꎬ因而也具有较好的市场占有率ꎬ随着国产仪器精度的提高ꎬ也渐渐引入形变监测应用中来ꎮ虽然接收机的技术指标标称满足精度要求ꎬ但与进口仪器相比依旧存在一定的差距[5]ꎮ针对进口仪器与国产仪器间的差异ꎬ本文以徕卡(LEICAGX1230)和华测(N72)接收机为例[6-8]ꎬ利用TE ̄QC㊁GIPSY等软件对所采集的数据进行预处理ꎬ从多路径效应㊁静态数据解算㊁动态数据解算㊁采用白噪声+随机漫步噪声等方面进行对比分析ꎬ并以新丰江水库变形监测站点的GPS数据为例ꎬ参照IGS站台接收机所能达到的数据质量标准ꎬ在满足其精度要求的前提下ꎬ提出接收机对比测试方案ꎬ对选用国产仪器进行计量检定及仪器的合理选购具有很好的参考意义ꎮ1㊀数据来源与方法选用广东省地震局河源站点(GDHY)以及新丰江水库监测站(GDXF)的数据ꎬGDHY站2015年242 252d共11d㊁GDXF站华测N72仪器246 248d共3d及同站GDXF徕卡250d的1d数据ꎮ所有数据均为标准RINEX格式数据ꎮ对所测得的数据进行质量判定ꎬ先总体判断数据质量的完好性情况ꎬ再检查数据的抗多路径效应与周跳数ꎮ最后对原始数据进行解算ꎬ从数据解算所得到的点位精度㊁复测基线长度㊁噪声处理后的标准差等各方面对比判断解算结果ꎮ2㊀数据预处理2.1㊀数据完整性检查利用美国UNAVCO开发的免费GPS数据预处理软件TEQC(TranslationꎬEditingꎬandQualityChecking)的质量检核功能对数据进行常规检查ꎬ在数据检查过程中发现有个别历元数据丢失ꎬ接收机所设置的采样率为1Hzꎬ整体有效数据量超过99%ꎬ认为该数据有效ꎮ2.2㊀数据质量检查采用TEQC进行数据质量检查的原理主要是利用伪距和载波相位观测值的线性组合方法ꎬ计算出观测量的多路径效应㊁电离层延迟对相位的影响㊁电离层延迟变化以及接收机的钟漂和周跳等ꎬ并在此基础上ꎬ对基准站数据及其广播星历信息进行数据质量分析ꎮ站点数据质量检查和评价的内容主要有:1)L1载波上C/A码或P码的多路径观测误差ꎻ2)L2载波上的P码多路径观测误差ꎻ3)L2电离层影响误差及电离层延迟变化率ꎻ4)L1/L2载波上的信噪比及接收机的钟漂㊁周跳等ꎮ通过对4d的数据进行质量检查ꎬ发现各天的数据有效率均大于99%ꎬ在质量报告文件(∗.yrS)中较为重要的参数为L1㊁L2载波的多路径效应指标MP1和MP2ꎬ以及观测值与周跳比o/slpsꎮ其中ꎬo/slps一般用另一种较为直观的值ꎬ即每千历元的周跳数(CSR)来表示发生周跳的数量:CSR=1000o/slps=1000 slpso(1)多路径效应误差是指在GPS测量定位中ꎬ接收机天线除直接接收到GPS卫星信号之外ꎬ还可能接收到经观测站周围反射物的反射再传播过来的信号ꎬ两种信号产生干涉ꎬ从而使观测值偏离其真值而产生的误差ꎮMP1㊁MP2分别表示L1㊁L2载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标ꎬ通常采用组合量来检核多路径效应的影响ꎬMP1是P1㊁L1㊁L2的线性组合ꎬMP2是P2㊁L1和L2的线性组合ꎬ其公式分别为:Mp1=P1-[1+2a-1] L1+2a-1 L2=M1+B1-[1+2a-1] m1+2a-1 m2(2)Mp2=P2-2aa-1 L1+[2aa-1-1] L2=M2+B2-2aa-1 m1+[2aa-1-1] m2(3)式中ꎬP1㊁P2为L1㊁L2载波上P码测得的伪距观测值ꎬ如果没有P1码ꎬ则用C/A码代替ꎻL1ꎬL2为由载波相位观测值得到的伪距ꎻM1㊁M2为伪距的多路径效应ꎻm1㊁m2为载波的多路径效应ꎮ可以看出m1㊁m2的值对Mp1㊁Mp2的影响远小于M1㊁M2ꎮMp1㊁Mp2最终反映的主要是伪距的多路径效应变化ꎮGDXF站数据质量检查结果见表1ꎮ表1㊀GDXF站数据质量指标对比Tab.1㊀Comparisonofdataquality㊀㊀㊀㊀indexofGDXFstationtypedoymp1mp2CSRHuace(246)2460.270.250.0418Huace(247)2470.270.250.0308Huace(248)2480.280.250.0566Leica(250)2500.130.180.195405㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2018年㊀㊀IGS(InternationalGNSSService)的数据质量检测分析显示ꎬ超过半数的IGS站的CSR年平均值小于0.16ꎬ2/3以上的CSR平均值在0.34以下ꎮ对于多路径效应而言ꎬ2/3的IGS站的MP1平均值小于0.5ꎬ而2/3的MP2平均值小于0.75(本文作为判断数据质量的指标限值)[9]ꎮ由表1可看出华测的抗多路径效应与徕卡接收机情况相近ꎬ其所得数据的MP1㊁MP2的值均控制在0.3以内ꎬCSR值较徕卡接收机要好很多ꎬ可见该型号仪器抗多路径效应与周跳情况能够满足精度要求ꎬ信号质量强ꎮ3㊀数据质量解算在进行数据处理时ꎬ先采用静态处理方式ꎬ获得该天该站的精确坐标ꎬ替换RINEX文件中的近似坐标为精确坐标ꎮ再进行动态解算ꎬ按30s给出单历元动态解算结果ꎮ在进行天线校正时ꎬ由于N72接收机未在IGS标准分类中ꎬ采用TRIMBLENETRS(主要是进行接收机的码偏(DCB)处理ꎬ一般国内天线采用天宝BD970的主板)接收机参数代替ꎮ对于大气中的电离层㊁对流层㊁气温㊁气压和水汽等参数的获得ꎬ选用最新的GPT2模型[10]ꎬ模型表达式如公式(4)所示:a=a0+a1cos(doy-c1365.252π)+a2cos(doy-c2365.244π)(4)式中ꎬa1为年周期振幅ꎻc1为年周期初相ꎻa2为半年周期项振幅ꎻc2为半年周期项初项ꎮ3.1㊀静态数据解算选择相对应年积日的GDXF站数据ꎬ利用GIPSY软件进行静态解算ꎬ求解出当天的相对精确坐标并进行加权计算ꎮ表2为华测接收机与徕卡接收机静态数据解算结果ꎮ表2㊀华测接收机与徕卡接收机静态坐标数据对比Tab.2㊀ComparisonofstaticcoordinatedataofHUACEreceiverandLeicareceiversitex(m)y(m)z(m)Dx(cm)dy(cm)dz(cm)ddx(cm)ddy(cm)ddz(cm)徕卡(250)-2444939.96015303638.62472555614.15690.00.00.0///华测(246)-2444939.87855303638.45782555614.07978.1616.697.720.000.000.00华测(247)-2444939.88235303638.45732555614.08097.7816.747.600.38-0.050.12华测(248)-2444939.88525303638.46992555614.08607.4915.487.090.670.210.63㊀㊀不同观测时段ꎬ对同一条基线的观测结果ꎬ称为复测基线ꎬ而观测之间的差异ꎬ就是复测基线较差ꎮ通过一条基线3次以上的重复观测结果ꎬ通常能够确定出存在质量问题的基线解算结果ꎮ在进行基线长检测时ꎬ对华测接收机所得复测基线进行较差计算ꎬ见表3ꎮ表3㊀华测接收机复测基线较差Tab.3㊀RetestbaselinesD-valueofHUACEreceiversite-siteBaselinelength(m)ds(cm)GDHY GDXF(246)10387.98190.00GDHY GDXF(246)10387.98350.16GDHY GDXF(246)10387.98460.27将华测接收机3d所测得的数据进行基线较差计算ꎬ依据«全球定位系统(GPS)测量规范»(GBT_18314-2009)中对复测基线精度要求ꎬ采用公式进行计算ꎬ复测基线长度应小于0.3cmꎬ计算所得较差满足精度要求ꎬ但仪器稳定性不高ꎬ后期应以提升其接收机稳定性为首要目标ꎮ3.2㊀数据动态处理随着GPS连续站时间序列资料的积累ꎬ时间序列中所包含的噪声性质及其估计问题也逐渐引起人们的注意ꎬ人们发现GPS时间序列中还存在闪烁噪声和随机漫步等有色噪声[11]ꎬ为了能实际反映测量的精度ꎬ在描述时间序列噪声时会要考虑到有色噪声的影响ꎬ如白噪声+闪烁噪声㊁白噪声+闪烁噪声+随机漫步噪声[12]等ꎬ本文采用白噪声+随机漫步噪声对GDXF站数据进行动态处理ꎬ求解出N㊁E㊁U3个方向上随时间序列的数据偏移量ꎮ3.2.1㊀华测接收机白噪声与随机漫步噪声采用白噪声模型[13]估计华测接收机3d数据的NEU结果ꎬ并生成可视化图形ꎬ如图1所示:采用随机漫步噪声模型估计所得华测接收机NEU结果[14]ꎬ并生成可视化图形ꎬ如图2所示:由图1和图2可知ꎬ随着时间的增长ꎬN方向与E方向的时间序列白噪声呈现出一定范围的稳定分布状态ꎬ其水平方向的偏移量范围在10cm内ꎬ而U方向的波动情况较水平方向较大ꎬ这与通常认识到的U方向精度要低于N方向和E方向结论一致ꎬ但也都控制在20cm以内ꎮ对华测接收机所得的3d数据ꎬ采用了相同的方式进行处理分析ꎬ无论是WhiteNoise模型ꎬ还是RandWalk模型ꎬ年积日为246㊁247㊁2483d的数据均出现上述规律ꎬ说明华测仪器在水平精度已达到很高的水平ꎬ满足对精度需求15第11期蔡㊀琅等:国产接收机在形变监测应用中的可靠性分析高的形变测量ꎮ虽然在垂直方向存在持续不稳定的现象ꎬ但偏差值也都在误差范围之内ꎮ图1㊀华测接收机WhiteNoise模型所得NEU结果Fig.1㊀NEUresultsobtainedfromtheWhiteNoisemodelofaHUACEreceiver图2㊀华测接收机RandWalk模型所得NEU结果Fig.2㊀NEUresultsobtainedfromtheRandWalkmodelofaHUACEreceiver3.2.2㊀徕卡接收机白噪声与随机漫步噪声徕卡接收机250dꎬ白噪声与随机漫步噪声所得NEU结果如图3所示ꎮ针对同一测站ꎬ选用徕卡接收机进行观测1dꎬ并选用相同的数据处理方法ꎬ综合上图可以看出:除去异常值ꎬ华测与徕卡接收机在北方向的偏移值在7cm内ꎬ在东方向的偏移值ꎬ徕卡接收机为5cmꎬ华测接收机为6cmꎬ可见在水平方向上相差不大ꎬ但在竖直方向上ꎬ徕卡接收机25㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2018年的偏移值为14cmꎬ华测接收机3d数据的偏移值分别为29cm㊁25cm㊁20cmꎬ徕卡接收机表现出很好的稳定性ꎮ为进一步证明华测仪器能满足地壳形变监测所需的精度要求ꎬ本文从华测接收机的残差拟合图进行可视化ꎬ如图4所示ꎮ因进口仪器具有其较为明显的优势ꎬ在此不与徕卡仪器进行比较ꎬ单从华测仪器本身出发ꎬ选取中间1d的数据进行精度㊁稳定性等方面的分析ꎮ图3㊀徕卡接收机噪声处理所得NEU结果Fig.3㊀NEUresultsobtainedfromthenoiseprocessingofLeicareceiver图4㊀华测接收机噪声拟合残差图Fig.4㊀NoisefittingresidualdiagramofaHUACEreceiver㊀㊀根据噪声处理方法估计ꎬ可以得出华测接收机虽在时间序列上相对发散ꎬ但总体历元较为均匀分布ꎬ在变形监测中足以满足数据精度要求ꎮ依据以上数据可求出时间序列的标准差见表4ꎬ其中246 248d为华测数据ꎬ250d为徕卡数据:华测仪器所得数据的3d坐标分量具有不同的偏差值ꎬ在WhiteNoise解算的数据中N与E分量的噪声较小且相差不大ꎬU分量的噪声最大ꎬ3d数据标准差在NEU3个方向上的平均值分别为0.52㊁0.45㊁1.49ꎮ在RandWalk解算的数据中呈现同样的趋势ꎮ3d数据标准差在3个方向上的平均值分别为0.33㊁0.29㊁0.67ꎮ两种噪声估计所求华测接收机各方向上的平均标准差与徕卡接收机对应方向的标准差值控制在5mm内ꎮ可见ꎬ华测接收机可通过适当延长观测时间得到与徕卡接收机相近的精度ꎮ35第11期蔡㊀琅等:国产接收机在形变监测应用中的可靠性分析表4㊀噪声处理后的事件序列标准差Tab.4㊀StandarddeviationofeventsequenceafternoiseprocessingReceiverSite(DOY)白噪声序列的谱指数(cm)随机漫步噪声的谱指数(cm)northeastupnortheastupHuaceDOY=2460.600.481.760.400.310.74HuaceDOY=2470.500.441.480.300.270.72HuaceDOY=2480.460.441.230.280.290.56LeicaDOY=2500.470.431.440.30.290.724㊀结束语根据数据处理的结果ꎬ徕卡接收机所得数据质量较为稳定ꎬ华测接收机在整体上虽能满足精度要求ꎬ但数据的稳定性有待提高ꎮ无论是国产接收机还是进口的接收机ꎬ所得数据在NEU3个方向上总是体现出水平方向精度高于垂向精度ꎮ在同样满足精度要求的情况下ꎬ华测接收机与徕卡接收机数据质量差别不大ꎬ华测接收机基本能够与徕卡接收机相同量级的动态单历元解算结果ꎮ通过以上分析可知ꎬ华测N72接收设备具有的功能和技术性能可以满足作为高精度形变监测站点的观测设备的要求ꎬ若能在抗多路径效应上作进一步改进ꎬ将更好地提高数据质量ꎮ参照NGS网站天线校正文件ꎬ华测N72接收机天线 CHC220GR符合IGS天线标准且已通过NGS认证ꎮ表明国内仪器的制造水平ꎬ完全可以满足部分的变形监测要求ꎮ同时ꎬ本次实验可以为国产接收机在精密变形检测应用中的可靠性检验方案标准提供技术指导与参考指标ꎮ参考文献:[1]㊀刘经南ꎬ高柯夫.智能时代测绘与位置服务领域的挑战与机遇[J].武汉大学学报:信息科学版ꎬ2017ꎬ42(11):1506-1517.[2]㊀赵吉先ꎬ聂运菊.测绘仪器发展的回顾与展望[J].测绘通报ꎬ2008(2):70-71.[3]㊀柳枝ꎬ陈炳富ꎬ林国利ꎬ等.北斗和GPS双系统在灾害监测中的应用[J].测绘通报ꎬ2014(7):138-139. 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