GPS和偽衛(wèi)星組合在變形監(jiān)測中的應用

簡單地講，偽衛(wèi)星就是設置在地面上的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。因而能夠顯著增強衛(wèi)星定位的幾何圖形結構，附加的觀測量還有利于增強GPS模糊度的解算，提高精度，進而提升整個系統(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，實現(xiàn)特殊應用。

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構。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)星的幾何圖形結構通常都不理想，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用的要求。

一一采用偽衛(wèi)星定位技術彌補了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構，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

· 增強了定位系統(tǒng)的可靠性

二、應用介紹

較差的星座幾何分布將導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，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行反調節(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、水文地質條件較復雜，經處理后運行效果尚好，但對基礎滲流和壩肩山體位移應引起高度重視。正是由于東江大壩是一項具有特殊意義和獨特特點的大型水電工程，監(jiān)測它的安全至關重要。

一一東江大壩安全監(jiān)測除大、小東江壩面監(jiān)測點外，還包括兩岸山體滑坡監(jiān)測點。控制面積大，控制點多。大壩安全監(jiān)測網(wǎng)由大東江壩面監(jiān)測點、小東江壩面監(jiān)測點、兩岸山體滑坡監(jiān)測點和兩個基準點構成。初步設計中大東江壩面布設監(jiān)測點12個、小東江壩面布設監(jiān)測點6個、兩岸布設山體滑坡監(jiān)測點各12個、在遠離壩區(qū)的穩(wěn)定地帶設基準點2個。這42個監(jiān)測點和2個基準點均采用強制對中觀測墩，構成東江大壩安全監(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，控制點多且地形條件差。2002年1月對小東江大壩進行的GPS實地監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，有部分測點的定位效果很不理想，尤其是其中一個監(jiān)測點解算誤差極大。究其原因，該監(jiān)測點貼近山體，整個東南方向完全被峭壁遮擋，導致了不良的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)星組合解算結果

GPS和偽衛(wèi)星組合定位示意圖