GPS和偽衛(wèi)星組合在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

簡單地講，偽衛(wèi)星就是設(shè)置在地面上的GPS衛(wèi)星。偽衛(wèi)星能夠發(fā)射類似于GPS的信號，它與GPS的組合定位增加了觀測量，且其具有較低的高度角。因而能夠顯著增強(qiáng)衛(wèi)星定位的幾何圖形結(jié)構(gòu)，附加的觀測量還有利于增強(qiáng)GPS模糊度的解算，提高精度，進(jìn)而提升整個系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性和可靠性。甚至在某些無法接收到GPS衛(wèi)星信號的場合下能完全替代GPS衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)特殊應(yīng)用。

一一對于GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其定位精度、可用性和可靠性都依賴于所觀測到的衛(wèi)星數(shù)目和衛(wèi)星星座的幾何圖形結(jié)構(gòu)。在觀測條件不理想的情況下，所能觀測到的衛(wèi)星數(shù)目和衛(wèi)星的幾何圖形結(jié)構(gòu)通常都不理想，也難以滿足精密定位的需要。在某些極端條件下，如在室內(nèi)或地下、隧洞中，則完全接收不到衛(wèi)星信號，GPS也就無法工作。另一方面，雖然GPS測量在水平方向上能達(dá)到較高的精度，但在垂直方向上定位精度較差，其誤差通常為水平定位誤差的2～3倍，難以滿足一些精密應(yīng)用的要求。

一一采用偽衛(wèi)星定位技術(shù)彌補(bǔ)了GPS觀測中低高度角衛(wèi)星不足的問題，其優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面：1、增加了可用星的數(shù)目，即附加增加了有效觀測量，從而有利于定位求解；2、偽衛(wèi)星一個顯著的特點(diǎn)就是其高度角很低，且信號毋需通過電離層。將這種低高度角偽衛(wèi)星與GPS組合定位能夠有效地改善幾何圖形結(jié)構(gòu)，提高定位精度。

GPS和偽衛(wèi)星組合定位的優(yōu)勢：

· 拓展了定位區(qū)域與時段

· 提高了定位求解速度和精度

· 增強(qiáng)了定位系統(tǒng)的可靠性

二、應(yīng)用介紹

較差的星座幾何分布將導(dǎo)致不良的幾何精度因子，尤其對垂直幾何因子的影響更大。但這種因不利地形遮蔽衛(wèi)星信號而使得衛(wèi)星幾何分布變差的情況在水利水電工程中恰恰是普遍存在的。在這些區(qū)域，GPS監(jiān)測的穩(wěn)定性、可靠性就會大大降低。要提高監(jiān)測效果，一個有效的手段就是加入偽衛(wèi)星進(jìn)行組合定位。

一一東江大壩位于湘江支流耒水上游資興市境內(nèi)，由大東江電站及小東江電站組成。大東江水電站是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益的水電工程。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程294m，最大壩高157m，壩址區(qū)位于東江峽谷的上段，兩岸山高大于500m。小東江水電站上距大東江水電9km，下傍資興市東江鎮(zhèn)，以發(fā)電為主，兼有城市及工業(yè)供水等綜合利用效益，并對大東江水電站下泄流量進(jìn)行反調(diào)節(jié)。

電站為河床式水站，樞紐主體建筑物由泄洪閘、河床式廠房、兩岸非溢流壩組成，其頂高程152m，壩頂全長188m。小東江水電站工程、水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，經(jīng)處理后運(yùn)行效果尚好，但對基礎(chǔ)滲流和壩肩山體位移應(yīng)引起高度重視。正是由于東江大壩是一項(xiàng)具有特殊意義和獨(dú)特特點(diǎn)的大型水電工程，監(jiān)測它的安全至關(guān)重要。

一一東江大壩安全監(jiān)測除大、小東江壩面監(jiān)測點(diǎn)外，還包括兩岸山體滑坡監(jiān)測點(diǎn)?？刂泼娣e大，控制點(diǎn)多。大壩安全監(jiān)測網(wǎng)由大東江壩面監(jiān)測點(diǎn)、小東江壩面監(jiān)測點(diǎn)、兩岸山體滑坡監(jiān)測點(diǎn)和兩個基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成。初步設(shè)計(jì)中大東江壩面布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)12個、小東江壩面布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)6個、兩岸布設(shè)山體滑坡監(jiān)測點(diǎn)各12個、在遠(yuǎn)離壩區(qū)的穩(wěn)定地帶設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)2個。這42個監(jiān)測點(diǎn)和2個基準(zhǔn)點(diǎn)均采用強(qiáng)制對中觀測墩，構(gòu)成東江大壩安全監(jiān)測網(wǎng)。

一一小東江壩區(qū)山巒疊嶂、四周山體陡峭，整個壩體位于"Ｖ"型峽谷之間，監(jiān)測面積大，控制點(diǎn)多且地形條件差。2002年1月對小東江大壩進(jìn)行的GPS實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，有部分測點(diǎn)的定位效果很不理想，尤其是其中一個監(jiān)測點(diǎn)解算誤差極大。究其原因，該監(jiān)測點(diǎn)貼近山體，整個東南方向完全被峭壁遮擋，導(dǎo)致了不良的DOP值，并最終影響到定位解算的效果。如圖 4?6所示，圖中陰影區(qū)即為GPS盲區(qū)，該監(jiān)測點(diǎn)上從方位角60°到210°范圍之間的GPS信號完全被山體遮擋。

GPS和偽衛(wèi)星組合解算結(jié)果

GPS和偽衛(wèi)星組合定位示意圖