GPS變形監(jiān)測中誤差的處理

1、GPS 變形監(jiān)測中誤差的處理摘要 變形是自然界普遍存在的重要現(xiàn)象， GPS 變形 監(jiān)測能夠?qū)ψ冃误w（如橋梁、礦區(qū)地表塌陷區(qū)、露天礦坑邊 坡等）進行監(jiān)測， 分析其內(nèi)在規(guī)律。 影響 GPS 變形監(jiān)測準確 度因素有很多， 本文就 GPS 變形監(jiān)測中的誤差問題及解決方 法進行探討，目的是減弱或消除其在變形形監(jiān)測中的影響， 從而優(yōu)化施工模式。關(guān)鍵詞 GPS 變形監(jiān)測 系統(tǒng)誤差 處理方法 小波分析中圖分類號 P228.4 文獻碼 B 文章編號 1000-405X （2015）-5-223-11 GPS 變形監(jiān)測的定義及其應用的意義 變形是物質(zhì)的一種特性，變形體會在負荷的情況下發(fā)生 位置或者形狀的改變，具有

2、極大的不確定性。物質(zhì)一定程度 的變形是被允許的，但如果超出安全值的范圍那后果是十分 嚴重的，比如火山爆發(fā)，山體滑坡的重大自然災害都是由于 巖石形變造成的。變形監(jiān)測簡單來說就是利用專業(yè)的儀器、 采取適當?shù)姆椒?，定期對物質(zhì)進行檢查和觀測，通過得出的 觀測數(shù)據(jù)進行變形分析， 尋找規(guī)律， 提前做好防范措施。 GPS 監(jiān)測技術(shù)是一種全新的現(xiàn)代空間定位技術(shù)，已經(jīng)被運用于多 方監(jiān)測并且建立了 GPS監(jiān)測網(wǎng)，在未來的一段時間 GPS監(jiān) 測會逐漸取代常規(guī)電子測量儀器監(jiān)測，應用領(lǐng)域不斷擴大。 現(xiàn)在的 GPS 監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)能夠滿足水平位移方面的監(jiān)測要 求，但是在高程測量的精度方面，則遇到了難題。2 GPS 測量的幾

3、個誤差源的分類GPS 監(jiān)測系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)， 因此它的誤差組成也 是多方面并且復雜的，它受到發(fā)射衛(wèi)星、接收器等儀器的直 接影響；而且在要求高精度測量時，我們還要考慮到地球自 身運動等。根據(jù)研究的方向不同，我們對誤差的分類頁不盡 相同。如若是根據(jù)誤差的性質(zhì)分類，我們會將其分為系統(tǒng)誤 差與偶然誤差兩種；如若是根據(jù)誤差對測量結(jié)果的影響，我 們可以將其分為噪聲誤差、偏差和偶然誤差三種。下面主要 對根據(jù)性質(zhì)的誤差分類進行探討：（ 1） GPS 變形監(jiān)測中存在的系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差的原 因來源主要有 4 個方面： 1.衛(wèi)星星歷誤差； 2.衛(wèi)星軌道偏差； 3.衛(wèi)星、接收機鐘差； 4.信號的傳播誤差。系統(tǒng)誤

4、差的產(chǎn)生 是有著一定規(guī)律性的，我們可以根據(jù)誤差出現(xiàn)的原因采取具 體的措施加以減弱或是消除。比如通過建立系統(tǒng)誤差修改模 型就是一個非常好的減弱誤差的辦法，同時也可以通過引入 未知參數(shù)求解法、求差法等方法進行計算；適當增加硬件或 是改善觀測條件也能夠避免系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生。（2）GPS 變形監(jiān)測中存在的偶然誤差： GPS 變形監(jiān)測 中的偶然誤差主要表現(xiàn)為多路徑誤差和觀測誤差。觀測誤差的出現(xiàn)是不可避免的，減弱觀測誤差是監(jiān)測者高水平的表 現(xiàn)。多路徑誤差的產(chǎn)生是發(fā)射波被衛(wèi)星接收天線接收，衛(wèi)星 自身是帶有信號干擾的，因此會早些多路徑誤差的出現(xiàn)。多 路徑誤差也可以分為周期性和常數(shù)部分誤差兩種，對于這兩 種不同誤

5、差我們采取的解決辦法是不同的。周期性誤差相對 來說具有一定的周期性，我們可以通過長期觀察來找出規(guī) 律，但是這個方法對常數(shù)部分誤差確實行不通的。常數(shù)部分 誤差并不具有任何規(guī)律，即使觀察很長一段時間也不會有任 何其他信息的發(fā)現(xiàn)，因此我們就要采用其他方法將其解決。 多路徑觀測結(jié)果的影響也是十分大的，尤其是對有碼觀測的 影響，在載波相位影響的百倍以上。它對點位坐標和偽距觀 測的影響也是十分大的，一般可達 5cm 左右。3 變形監(jiān)測中多路徑效應誤差的削弱和消除方法（1）選擇適合的衛(wèi)星 GPS 接收機： GPS 接收機對變形 監(jiān)測的結(jié)果有著直接的影響，我們可以通過改變接收機硬軟 件或在接收機的天線下設(shè)置抑

6、徑圈來減少反射波。當接收器 的硬軟件很強時，它能夠較強的對極化方向的信號進行強有 力的抑制作用，從而增加數(shù)據(jù)的準確性。在判斷抑徑圈影響 力方面，我們做過這樣一個試驗，當在振子天線的周圍加設(shè) 4 個抑徑圈，來自測站周圍的反射波有了非常的減少。（2）注意基準點的實地選取：基準點的選擇最好在視 野開闊的地方，一定要避免周圍有大面積的水，水的反射會影響信號的接受。同時還要注意避開山坡、大功率用電器密 集的方向，這樣才能夠避免接收器被干擾，并且能夠較好的 做好設(shè)備保存，畢竟設(shè)備成本是一項非常大的支出。還有一 個值得注意的地方就是在周圍 15以上不設(shè)立建筑物， 以免 擋住信號的接受。4 GPS 變形監(jiān)測對

7、誤差的處理小波分析（1）小波變換分析：小波變換分析是一種較為常用的 誤差處理數(shù)據(jù)分析，它能夠較為容易的顯示出多分辨率特性 并且將其提取出來，避免了信號不易判斷的困擾。也正是因 為它的特征，能夠分離不同變形頻率從而實現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)測數(shù) 據(jù)的濾波，選擇合適的小波函數(shù)基就是選擇小波函數(shù)。當小 波函數(shù)變化， 小波函數(shù)基就會隨著變化。 選擇合適的小波基， 就可以利用用小波基函數(shù)進行小波變換與分解。 Haar 小波是 第一個小波也是最簡單最常用的，它具有支持和正交性的特 點； Daubechies 小波是由美國著名小波分析家為支撐正交小 波系而研發(fā)的，它的功能也只用于此。（2）利用經(jīng)驗理論的分析：一般情況下是利用Sym 小波理論進行 GPS 數(shù)據(jù)處理， 如果是小波變換時多會選擇 Dau 小波。小波的選擇與數(shù)據(jù)分析是相關(guān)的，因此在處理數(shù)據(jù)沒 有對小波基函數(shù)的選取根據(jù)與分析時，可直接利用經(jīng)驗的理 論進行分析。首先要確定小波的分解層，知道小波分解層， 這樣就能夠深入了解檢測變形的提取信號。一般來說小波分解層能夠就是數(shù)據(jù)的反應，分解層的多少都會直接影響到數(shù) 據(jù)信息，如果分解層多可能會丟失信息，如果過少則會造成 信息的效果不佳，因此對小波的分層數(shù)確定要采取適中的方 法。5 結(jié)語總而言之， GPS 技術(shù)能夠大大提高變形監(jiān)測的工作效 率，在目前乃至很長一段時間的變形監(jiān)測上都有極大