GPS高差在滑坡监测中的应用研究

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1、2005年第1期测绘通报文章编号:0494-0911(2005)01-0039-03中图分类号:P228.4文献标识码:BGPS高差在滑坡监测中的应用研究赵超英，张勤，王利(长安大学地质工程与测绘工程学院，陕西西安710054)TheApplicationResearchofGPSHeightDifferenceinLandslipMonitoringZHAOChao-ying,ZHANGQin,WANGLi摘要:在分析GPS水准研究的现状及应用成果的基础上，推导基于站心地平直角坐标系的GPS坐标，其中Z分量即为GPS高差。主要分析

2、影响GPS高差及其变化的误差，即GPS定位误差、垂线偏差以及坐标框架不一致等的影响，最后应用实例进行验证。关键词:GPS高差;站心坐标;垂直形变;滑坡监测点为原点的站心坐标，其中:一分量表征GPS高差。一、引言本文主要研究在工程测量范围内站心坐标系下GPS3维定位以其精度高、范围广、全天候、易GPS高差的应用问题，包括:选点等诸多优点在大地测量、工程测量、形变监测等1.GPS高差在站心坐标系下的表达式;领域得到广泛应用，可以说GPS为测量理论和应用2.影响GPS高差精度的因素;都带来了革命性的变化。GPS测定点基线向量33.GPS高

3、差与水准高差的关系。维坐标差，是以WGS84全球地心直角坐标系定义二、站心坐标系的建立及其GPS高差的，经过坐标系的转换可得到以椭球面为基准的大的误差分析地高H。而我国采用的高程系统是以似大地水准面为基准的正常高系统H,，水准测量就是提供该高1.站心坐标系的建立及其与地b坐标系的关系程的主要技术。二者的差值为高程异常夸，其关系设P为站心坐标系的原点，定义椭球的法线方为向为:轴，向外为正，x轴指向子午线方向，向北为夸=H一H,(1)正，y轴位于P点的切平面内，且xy:构成左手系。我们知道，GPS定位精度可以达到10-6量级的WGS84

4、椭球下的大地坐标系与空间直角坐标系及精度，若采用特殊的作业方法及精密的解算软件，其其站心坐标系之间的关系见图10精度可达10-“量级，而其高程精度一般认为比平面精度低2一3倍。笔者认为，在GPS高程应用研究中可以根据区域的大小分为两种情况:一类是大区域的GPS高程应用，这类情况GPS的高程主要通过精化似大地水准面来求取GPS点的高程异常，具体的措施有GPS水准法和GPS与重力测量相结合的方法。从发展的角度来看，该技术将会代替传统的高精度水准测量用于地壳垂直运动求定点的速率变化[I]。另一类是仅局限于工程范围GPS高程应图1WGS84

5、坐标、地心直角坐标及站心用，如变形监测，各种工程测量等，这种情况的研究直角坐标的关系方法有两种:①通过重复点的GPS水准，求取重复点的高程异常，然后对高程异常进行拟合和推估，求由图1可得站心坐标系与地心坐标系的转换关出待定点的高程异常，从而得到待定点的正常系为高[[2].②将GPS大地坐标转换到测区以某一基准收稿日期:2003-10-13荃拿项早:鸭越窒间环境与冬地趣丁量熬真部熏卓客骏(望塑罗Q324233-04-22)_，_作霄简丁卜赵超央(1976-)，另，山四半遴人，傅士生，王妥饼咒万回刀大地侧量数循处理。万方数据测绘通报20

6、05年第1期B门腮C0l0一cosLosinBosinLosinBoes期坐标系存在欧拉角a，月，y，则有esesoes尸门8-I门-一Xes.lX2rtl一sinLocosL0eslee.1y‘l‘es.eeeseses.胜es。Besesesese胜eS1n10Jeys，ee一esaeys}〕」=一cosLocosBosinLocosBoes‘es一一yes(7)esseesesesweeseeLlJesJLZ翻X一XoLZ2习R「Y一Yo(2)从中可得2一20z2=伽1一ay,+z1(8)其中，P点的大地坐标为(Bo,Lo,H

7、o)，空间直角坐假设R=。=0.1",x1=yl=10km，在不利的情况下标为(Xo,Yo,Zo),:一分量即为GPS高差。由于存x2一z1=10mm在垂线偏差。，可分解为子午分量夸和卯酉分量，，因此，在一般情况下，首先求取各期基准旋转则以垂线为:轴的站心地平直角坐标系只需将以角，并进行坐标旋转，统一基准以后才能进行各期法线为:轴的站心坐标系先绕y轴旋转E#，再绕xGPS高差分析。轴旋转﹃l1--三、GPS用于滑坡监测的应用实例lXeess.一E#eess.weeesseseesseseesyseseesses滑坡的一个显著特点是区

8、域小，就本文所研究一c，纽eses(3)eseseLsJ.Z的陕西黑河库区某滑坡而言，其滑坡面积仅为1至此得出:‘为考虑垂线偏差影响的GPS高差。在100mx200m的范围。该滑坡共布设3个基准点，13个监测点，其中6个点进行了水准测