GPS和偽衛星組合在變形監測中的應用

簡(jiǎn)單地講，偽衛星就是設置在地面上的GPS衛星。偽衛星能夠發(fā)射類(lèi)似于GPS的信號，它與GPS的組合定位增加了觀(guān)測量，且其具有較低的高度角。因而能夠顯著(zhù)增強衛星定位的幾何圖形結構，附加的觀(guān)測量還有利于增強GPS模糊度的解算，提高精度，進(jìn)而提升整個(gè)系統的可用性、穩定性和可靠性。甚至在某些無(wú)法接收到GPS衛星信號的場(chǎng)合下能完全替代GPS衛星，實(shí)現特殊應用。

一一對于GPS全球衛星定位系統，其定位精度、可用性和可靠性都依賴(lài)于所觀(guān)測到的衛星數目和衛星星座的幾何圖形結構。在觀(guān)測條件不理想的情況下，所能觀(guān)測到的衛星數目和衛星的幾何圖形結構通常都不理想，也難以滿(mǎn)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，則完全接收不到衛星信號，GPS也就無(wú)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(mǎn)足一些精密應用的要求。

一一采用偽衛星定位技術(shù)彌補了GPS觀(guān)測中低高度角衛星不足的問(wèn)題，其優(yōu)勢體現在兩方面：1、增加了可用星的數目，即附加增加了有效觀(guān)測量，從而有利于定位求解；2、偽衛星一個(gè)顯著(zhù)的特點(diǎn)就是其高度角很低，且信號毋需通過(guò)電離層。將這種低高度角偽衛星與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和偽衛星組合定位的優(yōu)勢：

· 拓展了定位區域與時(shí)段

· 提高了定位求解速度和精度

· 增強了定位系統的可靠性

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星信號而使得衛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。在這些區域，GPS監測的穩定性、可靠性就會(huì )大大降低。要提高監測效果，一個(gè)有效的手段就是加入偽衛星進(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，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，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)行反調節。

電站為河床式水站，樞紐主體建筑物由泄洪閘、河床式廠(chǎng)房、兩岸非溢流壩組成，其頂高程152m，壩頂全長(cháng)188m。小東江水電站工程、水文地質(zhì)條件較復雜，經(jīng)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(diǎn)的大型水電工程，監測它的安全至關(guān)重要。

一一東江大壩安全監測除大、小東江壩面監測點(diǎn)外，還包括兩岸山體滑坡監測點(diǎn)?？刂泼娣e大，控制點(diǎn)多。大壩安全監測網(wǎng)由大東江壩面監測點(diǎn)、小東江壩面監測點(diǎn)、兩岸山體滑坡監測點(diǎn)和兩個(gè)基準點(diǎn)構成。初步設計中大東江壩面布設監測點(diǎn)12個(gè)、小東江壩面布設監測點(diǎn)6個(gè)、兩岸布設山體滑坡監測點(diǎn)各12個(gè)、在遠離壩區的穩定地帶設基準點(diǎn)2個(gè)。這42個(gè)監測點(diǎn)和2個(gè)基準點(diǎn)均采用強制對中觀(guān)測墩，構成東江大壩安全監測網(wǎng)。

一一小東江壩區山巒疊嶂、四周山體陡峭，整個(gè)壩體位于Ｖ型峽谷之間，監測面積大，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)地監測數據表明，有部分測點(diǎn)的定位效果很不理想，尤其是其中一個(gè)監測點(diǎn)解算誤差極大。究其原因，該監測點(diǎn)貼近山體，整個(gè)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，圖中陰影區即為GPS盲區，該監測點(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和偽衛星組合解算結果

GPS和偽衛星組合定位示意圖