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1、全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)具有速度快、精度高、自动化程度高、经费省以及不受通视条件限制等优点,已经在测绘工程中得到广泛应用,在大中型水利工程变形监测中发挥着及其重要的作用。水利工程变形监测的精度要求很高,在建立GPS变形监测网、GPS观测以及观测数据处理分析等各方面必须采取适宜的方法和措施,才能满足水利工程变形监测的要求。 淮河中游临淮岗洪水控制工程为大Ⅰ型水利工程,主要由主坝、北副坝、南副坝、船闸、十二孔深孔闸、四十九孔浅孔闸、姜唐湖进洪闸、穿坝建筑物及引河闸等工程组成。GPS变
2、形监测网主要沿主坝、副坝及各大闸体进行均匀布设,网内共布设了五个平面监测控制点(均为已安装强制对中装置的土层天线墩)和七个水准监测控制点。GPS变形监测网内平均边长4215m,最短边长1199m,最长边长9126m。GPS变形监测网的建立主要为临淮岗洪水控制工程的变形观测提供平面及高程基准,由于在GPS定位中测定的是点的大地标高,而需要的却是正常标高或正标高,目前尚难以获得足够精确的高程异常值或大地水准面差距。根据要求,平面监测网选用全球定位系统GPS的C级网进行布测,高程监测网进行一等水准观测,目前该GPS变形监测网已观测了
3、三期。 1监测网的建立 由于GPS变形监测网要求GPS基线向量达到毫米级的精度,比常规的GPS控制网要求的精度还要高1个数量级,因此,在建立GPS变形监测网时,除要求GPS观测满足不遮挡卫星信号、远离电磁波干扰源等一般要求外,还必须采取以下措施进一步提高GPS观测精度: (1)采用已安装强制对中装置的土层天线墩若将GPS天线安置在三脚架上进行观测,对中误差一般为±(1~3mm),且当GPS观测时间较长时,脚架受风力、日照、地面震动等因素的影响在观测过程中可能会发生变形,因此,建立GPS变形监测网时各观测点都应布设在距离水
4、利工程位置适当、地质条件稳定的地方,且采用已安装强制对中装置的土层天线墩。此外,天线墩作为重要的测量标志需妥善保护,防止受到破坏。 (2)选择恰当的观测窗口和足够的观测时间卫星的几何分布强度和可接收信号的卫星数决定了GPS的观测精度。使用GPS进行变形监测必须有足够的观测时间,以减弱其他随机误差的影响,提高观测精度,此次变形监测网的观测时间均多于3h。 (3)选取合适起算点在对GPS变形监测网进行施测时,起算点的选取非常重要,与已有WGS-84坐标系的点进行联测,一般应与IGS核心站观测资料进行联测计算,得到准确的起算数据
5、,以消除起算点误差对基线解的影响。由于此次GPS变形监测网不具备与IGS核心站观测资料进行联测计算的条件,采用的起算点是变形监测网附近已联测的GPS点。 (4)制定合理的观测方案在制定观测方案时,应保证有足够的多余观测,以利于粗差的剔除,防止误差累积。在实际外业观测过程中,使用三台台Leica530型GPS接收机和四台NGS9600型GPS接收机联合在二个已知GPS控制点及五个监测基点上进行观测,观测严格按照C级静态GPS测量方式进行。 (5)剔除粗差和差信号时段在使用随机的GPS静态后处理软件对数据进行后处理时,应注意剔
6、除含有粗差的观测值及观测时间很短或不足的基线时段。 临淮岗洪水控制工程变形监测网(见图1),位于监测网两侧的HWGPS02、BFBGPS02是已进行联测的GPS起算点,中部的LH06是校测点,C001、C004、C005、C006、C009为此次布设的土层天线墩,构成大地多边形。图1临淮岗洪水控制工程变形监测网布设图 2监测网基线解算与平差处理 2.1监测网的基准设计 为比较GPS变形监测网的各期观测结果,需要有统一的基准。GPS变形监测网的基准有三个位置、三个方位和一个尺度基准。通常,以固定的基准点作为GPS监测网的
7、起算点,在基准设计时,应当选择三个以上稳定的基准点。临淮岗洪水控制工程的变形监测采用的是定期复测模式,速度基准可不做考虑;另单独建立了高程变形监测网,位置基准也只需考虑平面的二个参数。 2.2监测网基线解算 为提高基线解算精度,在仪器的标称精度范围内,一般应采取卫星姿态较好的时段作为观测时段,剔除较差的卫星、设置合适的卫星截止高度角、选择合理的观测值类型等。GPS接收机的记录数据由基线解算软件转换成国际通用标准格式数据,统一解算,并进行外业数据检查。自动处理基线向量的结果(见表1~表2):方差比>3,中误差<40mm,参与
8、解算的向量均符合要求,解算成功有39条基线。按C级控制网精度要求,取a≤10mm,b≤5×10-6,D=4.22km代入 σ=a2+(bD)2=23.4mm 式中:a为接收机固定误差,mm;b为比例误差;D为平均基线边长,k
