隔河岩大坝变形数据的处理和分析
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第25卷第6期武汉测绘科技大学学报Vol.25No.62000年12月Journal of Wuhan Technical University of Surveying and Mapping Dec.2000文章编号:1000-050X (2000)06-0482-03隔河岩大坝外观变形数据的处理和分析李征航1 吴云孙1 李振洪2 李英冰1(1 武汉测绘科技大学地学测量工程学院,武汉市珞喻路129号,430079)(2 武汉测绘科技大学GPS 研究中心,武汉市珞喻路129号,430079)摘 要 提出综合采用滤波、整体平差的数据处理方法,使大坝形变监测精度得到了很大的改善。
通过具体算例表明,该方法能大幅度提高大坝形变监测精度,从而验证了该方法的正确性与可行性。
关键词 全球定位系统;整体平差;形变监测分类号 P228.42 文献标识码 A1 数据处理和分析中遇到的问题 随着GPS 定位技术的不断发展,试验结果表明,采用适当措施后在边长为数百m 至1～2km 的短基线上进行GPS 定位可获得亚mm 级定位精度[2]。
然而在隔河岩数据处理和分析过程中,有时部分成果的精度却不那么理想。
表1给出了坝面上GPS5、GPS6、GPS7三点的大坝坝轴坐标x 、y 、H 的观测值中误差。
其中上部分数据是从年积日162至202(1998年6月11日～1998年7月21日)共41d 的6h 解;下部分数据是从年积日168至171(1998年6月17日～1998年6月20日)共4d 的1h 解。
表1 6h 和1h 解的中误差Tab.1 RMS of 6h and 1h S olution 监测点解的个数δx /mm δy /mm δH /mm6h 解GPS5149 1.59 1.13 2.56GPS6148 2.03 1.25 2.83GPS7147 1.59 1.44 2.861h 解GPS596 2.55 1.60 5.30GPS696 2.39 2.00 5.20GPS7962.332.335.08 为了进一步提高大坝形变监测的精度,尽量消除或减弱各种误差的影响,笔者对基准点GPS2进行了稳定性分析。
如表2所示,其中上部分是从GPS 年积日162至164共3d 的GPS2的6h 定位结果;下部分是GPS2的1h 定位结果。
通过分析表2不难发现,作为基准站的GPS2,无论是6h 解还是1h 解,每个时段的结果都存在着误差,在1h 解中,x 最大的相差到了8mm ,y 最大的相差到了13mm ,H 相差到了23mm 。
2 整体平差方法的提出GPS2是整个监测网的一个基准点,从理论上讲,由基准点GPS1作为整个监测网的起算点算出来的GPS2的定位结果在各个时段应当是不变的,对该网进行的多次复测结果也表明这两个基准点是稳定的。
但通过前面的分析,笔者发现GPS2的解算结果存在着误差。
由此,笔者对GPS2与其他各变形监测点的误差进行了相关性分析。
其相关系数如表3所示,这里只列举了某个时段的计算结果。
由表3可以发现,GPS2与其他各变形监测点无论在x 、y 方向还是H 方向的误差都具有很强的相关性。
主要原因是[1]:①监测网的规模不大,误差具有很好的空间相关性;②对表3的数据进行处理时,基准点GPS2和其他监测点数据的处理方式一致,都是将GPS1固定解算出来的结果,因而相互间具有较强的误差相关性。
鉴于GPS2具有一定范围的观测误差以及与其他监测点的强相关性,笔者提出如下方法:1)采用滤波方法,合理利用连续观测具有多个观测数据的优势,剔除粗差,消除噪声; 收稿日期:2000-06-02.表2 6h和1h解的GPS2定位结果Tab.2 6h and1h S olution of GPS2点名年积日时段号x方向分量/m y方向分量/m H方向分量/m6h解 GPS216200～06h1415.784505814.650604181.3809 16206～12h1415.778934814.650117181.3740 16212～18h1415.781992814.648360181.3748 16218～24h1415.782462814.647827181.3729 16300～06h1415.782444814.651455181.3777 16306～12h1415.781033814.648599181.3752 16312～18h1415.781123814.648626181.3761 16318～24h1415.783978814.647135181.3723 16400～06h1415.783344814.650229181.3768 16406～12h1415.778354814.650409181.3713 16412～18h1415.782364814.647053181.3750 16418～24h1415.783679814.648975181.36831h解 GPS216800～01h1415.7813814.6500181.3749 16801～02h1415.7818814.6510181.3725 16802～03h1415.7813814.6517181.3837 16803～04h1415.7802814.6563181.3779 16804～05h1415.7809814.6519181.3719 16805～06h1415.7838814.6454181.3960 16806～07h1415.7768814.6486181.3715 16807～08h1415.7840814.6528181.3612 16808～09h1415.7783814.6497181.3457 16809～10h1415.7769814.6565181.3690 16810～11h1415.7827814.6476181.3721 16811～12h1415.7819814.6431181.3723表3 GPS2与其他监测点的相关系数Tab.3 The Relative Coefficients of GPS2to Other Deformation Monitoring Stations点位相关系数ρxxρyyρHHGPS5/GPS20.63280.74520.8769GPS6/GPS20.67400.69760.7317GPS7/GPS20.70130.72150.8643 2)固定基准站GPS1,对基准站GPS2赋予较强的权,对监测点赋予较弱的权,采用整体平差方法得出最后的结果。
表4即是通过上述处理得出的形变监测结果。
从表4可以看出,采用整体平差后,各变形监测点无论在平面位置还是高程方向的精度都大为提高,从而证实了此种方法的正确性。
3 结 论1)利用整体平差的方法进行数据处理在理论上是严格的,在实际应用中也证明是正确的。
2)由于基准点和其他监测点在水平方向和垂直方向误差的相关性,因此,通过增设其基准站所提供的改正数可消除大部分误差,从而大幅度提高形变监测的精度。
表4 6h和1h解经差分改正滤波去除噪声后的观测值中误差Tab.4 RMS of6h and1h S olution afterDifferential Correction and Filtering监测点解的个数δx/mmδy/mmδp/mmδH/mm 6h解GPS51490.380.310.490.73GPS61480.380.310.490.74GPS71470.390.320.500.751h解GPS5960.460.380.60 1.17GPS6960.460.380.60 1.17GPS7960.480.400.62 1.20参 考 文 献1 李征航,刘志赵,张小红.提高GPS大坝变形监测精度的一种有效方法.武汉测绘科技大学学报,1998,23 (增刊):15～192 李征航,刘志赵,王泽民.利用GPS定位技术进行大坝变形观测的研究.武汉水利电力大学学报,1996,29(6):26～293 李征航.短基线GPS精密定位技术研究.湖北测绘, 1997(1):15～204 李征航.GPS相对定位中气象误差的影响.测绘通报, 1993(2):3～95 刘基余,李征航,王跃虎,等.全球定位系统原理及其384第6期 李征航等:隔河岩大坝外观变形数据的处理和分析 应用.北京:测绘出版社,1993 李征航,男,57岁,教授,博士生导师。
现从事卫星大地测量的教学和科研工作。
代表成果:用同步摄影法测定多普勒、激光动力测地网的经度零点差;跟踪学科发展前沿,改造和建设大地测量专业;利用GPS定位技术进行高精度的自动化的大坝变形监测系统及广域差分GPS中电离层延迟模型的建立等。
Data Processing and Analysis of GPS Automatic Monitoring System ofOutside Deformation for G eheyan DamL I Zhenghang1 W U Y unsun1 L I Zhenhong2 L I Yi ngbi ng1(1 School of G eo-science and Surveying Engineering,WTUSM,129Luoyu Road,Wuhan,China,430079)(2 GPS Research Center,WTUSM,129Luoyu Road,Wuhan,China,430079)Abstact The precision of GPS monitoring deformation for G eheyan Dam is much lower than that of others under the ordinary conditions.Therefore,how to process the data of G eheyan Dam is not only a difficult task,but also a real challenge for us.By analyzing the results of another reference station,GPS2,we found that there are some dif2 ferences among the ones of each session,thus it can be seen that there are some errors in the proce2 dure of data processing.It is difficult to deal with these errors.On second thoughts,we compute the relative coefficients of GPS2for each deformation monitoring station,and get a fact that there are strong relativities among GPS2and monitoring stations.Therefore,we can use the data of GPS2to lower or eliminate the errors of the deformation monitoring stations.Based the above,we put forward the method as follows:First,make the best use of a mass of raw data owing to around-the-clock observation and use Filtering Method to get rid of gross errors and noises of the deformation monitoring stations.Second,use Integral Adjustment Method to get the results.It is the critical approach to get a good result.We adopt different weight values for dif2 ferent types of stations,the deformation monitoring stations are endowed with small weight val2 ues;GPS2is endowed with relative to much bigger value;and GPS1is endued with infinite,i.e.GPS1is fixed.We cite an example in this paper which proves that the above method is right and feasible.K ey w ords GPS;deformation monitoring;integral adjustment LI Zhenghang,male,57,professor,Ph.D supervisor.H is main research interest is Satellite Geodesy.H is typical achievements include us2 ing simultaneous photography to determine longitude orientation of doppler and laser dynamical satellite geodetic network,tracing the develop2 ment of geodesy and reconstructing the subject,GPS automatic monitoring system of outside deformation for Geheyan Dam,and the establish2 ment of the ionosphere delay model for wide area differential GPS,etc.484 武汉测绘科技大学学报 2000年。
