基于BDS_GPS双系统组合的形变监测数据处理理论与方法研究

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1、分类号:P2210710-2015226009专业硕士学位论文基于BDS/GPS双系统组合的形变监测数据处理理论与方法研究任磊导师姓名职称徐天河研究员专业学位类别申请学位级别专业硕士测绘工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学ResearchontheTheoryandMethodofDeformationMonitoringDataProcessingBasedonBDS/GPSDualSystemCombinationAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidat

2、e：RenLeiSupervisor：XuTianheChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近年来由于我国地质灾害频发，直接对人类生命财产安全构成威胁，因此，如何有效的开展对各类地质灾害进行长期高精度监测，了解和掌握不同地质结构和环境机理下的地质灾害形变规律及演化特征，从而实现对灾害情况的预报、评估和应急处置已经成为当前必要而又迫切的科学和技术难题。BDS/GPS双系统组合定位技术可实时获取形变体的三维位置信息，是当前形变监测的主要技术手段之一，因此对该方法在各种形变监测中的应用进行系统性的研究十分有必要。基于此，本文结合相关实验，针对双

3、系统组合定位和监测序列平滑滤波的相关理论和关键技术展开深入研究，得到了一些具有创新性的成果和有利于指导实际应用的结论。具体如下：(1)在GPS单系统定位的基础上，深入研究了BDS/GPS时空基准统一的相关技术以及组合定位过程中常用的函数模型和随机模型，为BDS/GPS组合相对定位应用于形变监测提供了理论基础。并用大量实验证实BDS/GPS双系统组合定位能大幅度提高可见卫星数量，改善卫星空间几何分布结构，增强观测冗余。在一定程度上减少了对单一系统的依赖性，在恶劣环境下仍然可以得到较高精度的监测结果。(2)探讨了BDS/GPS双系统组合定位技术在小区域、缓形变地质灾害

4、监测领域的适用性问题，通过对某地质灾害监测区域实测数据的处理和分析，可初步得到如下结论：对于短基线双频相对定位，北斗系统的定位精度在E、N方向优于2mm，U方向优于5mm，和GPS系统基本处于同一水平。BDS/GPS双系统组合定位的精度在各方向均优于GPS、BDS单系统。其定位精度在水平方向优于2mm，高程方向优于3mm。(3)为满足GNSS组合形变监测的实时性，对于小区域形变监测（单基线长度不大于10km），可以用广播星历来代替事后精密星历进行计算，其精度和精密星历解算精度保持同一水平。BDS/GPS双系统组合定位可以及时响应灾害体的形变程度，其监测序列结果能够

5、较准确的与真实形变序列相吻合，证实了BDS/GPS双系统组合定位在形变监测领域的实时性与高效性。(4)针对缓形变监测序列的平滑滤波问题，提出了一种自适应选取滤波窗口的抗差移动平均算法，该方法对缓形变监测序列进行平滑滤波时，其滤波后序列较原始均值化序列在精度方面有明显的提高，具有很强的抗粗差能力，可自适应确定滤波窗口，且不会过度平滑掉序列原有的实际突变信号，在提高双系统组合监测序列精度的基础上，也I保证了滤波后序列与原始序列的形变趋势一致，为提高BDS/GPS双系统组合监测序列的精度提供了理论保障。(5)将抗差移动平均模型和时间序列分析进行组合，提出一种新的组合预报

6、模型用以提高监测序列预报精度，实验结果表明：组合模型的拟合数据结果更接近于实测数据。抗差移动平均法能够更加准确的描述形变特征和形变趋势，弥补了时间序列在进行差分时所带来的线性化误差。因此，利用抗差移动平均法和时间序列组合模型可以有效的处理BDS/GPS双系统组合形变监测序列，消除粗差和趋势项误差影响，获得更高的拟合与预测精度。并将组合模型、回归分析模型、灰色模型这三种方法进行对比，分析三种模型各自的建模特点，进一步证明组合模型在进行监测序列建模与预报时的高精度和可靠性，为形变监测数据处理与建模提供了有益参考。关键词：BDS/GPS双系统组合，形变监测，平滑滤波，抗

7、差移动平均，时间序列，回归分析，GM(1,1)IIAbstractInrecentyears,thefrequentgeologicaldisastershaveadirectthreattothesafetyofhumanlifeandpropertyinChina.Therefore,howtoeffectivelycarryoutlong-termandhigh-precisionmonitoringofallkindsofgeologicalhazards,tounderstandandgraspthegeologicalhazardanddeformat

8、ionch