GPS测量地面沉降的可靠性及精度分析

GPS测量地面沉降的可靠性及精度分析
摘要：地面沉降是当前我国的一项主要的地质灾害类型。

近些年来，我国许多的大中型城市相继都发生了不同程度地面沉降地址灾害情况。

但是，伴随着GPS技术的不断进步，GPS技术运用在测量地面沉降方面逐渐的被公众所关注。

本文就GPS测量地面沉降的可靠性与精度展开分析。

关键词：GPS、地面沉降测量、可靠性、精度分析
一、前言
近些年来我国的某些地区一级大多数大中型城市都发生了不同程度的地面沉降情况，因此构建一个实时监测系统从而得到沉降量，找出沉降规律了解沉降的趋势就显得极其的关键。

如果仍然是采取陈旧的测量方式，因为需要监测的范围大，工作量大、产生的检测距离较长、观测周期较长、产生的误差较大等多方面问题，无法能够进行速度角度精度较高的地面沉降实时监测工作。

然而GPS 监测技术就拥有检测快速便捷、产生的误差较小，同时能够进行实时监测的特点。

然而GPS监测技术也存在着一些不足之处。

例如GPS监测的精确度与可靠性，发现的沉降量的极限量，基准点的选取等多个因素都会对监测结果产生影响，需要对此进行深层次的分析研究。

二、我国城市地面沉降的现状分析
地面沉降，又被称作地面下降与地陷，是地球的表层标高减小的一种自然地质现象。

当前，我国出现不同程度的地面沉降地质灾害的城市记录在案的有超过50个。

这些出现地面沉降的大中型城市主要是位于长江三角洲地区、汾渭盆地以及华北平原，这其中在北京市、上海市、天津市、太原市以及西安市等大型城市出现的情况最为严重。

三、GPS测量地面沉降的优点
进行地面沉降监测的主要目的是要得到沉降相关的数据。

GPS技术是一项带现代先进的测量大地的技术方式，GPS技术的出现使得了测量工作变得更加的简单、便捷。

就目前我国的许多城市出现的带面沉降情况，采用GPS技术对地面进行地面沉降测量工作，拥有十分显著的优势。

一方面从GPS自身的技术特征来看，GPS技术拥有精确度高、工作效率高、全天侯工作的测量地面沉降的特点优势。

此外运用GPS技术实施测量，能够使
得各个观测点之间实现通视，突破了各个相邻观测点之间的距离以及高度的壁垒，从而增加了测量的准确性。

更加突出的优势是，GPS的测量基线的精确度已经从以前的10-6到10-7提高到了现在的10-8到10-9，因而GPS技术再测量精确度上得到了极大程度的提高。

另一方面，GPS的静态相对定位的精确度以及其高程精确度都能够达到毫米级别，这更加凸显了GPS技术再测量地面沉降当中拥有的优势。

GPS技术的许多优势在测量地面沉降工作当中都能够很好的被运用。

在进行地面沉降测量当中我们更加应当提高GPS技术的实用性，完全的发挥出GPS技术的优势。

四、GPS测量地面沉降的可行性
1．几种常用的高程系统
GPS定位技术在工程测量中的应用较广。

在测量地面沉降的过程中，我们应该首先认识三种高程系统，即大地高系统、正高系统以及正常高系统。

大地高系统是以某一椭球面为基准面的过程系统。

一般来说，地面某点的大地高指的是由地面点沿着经过该点的椭球法线到椭球面的距离。

正高系统指的则是以大地水准面为基准面的高程系统。

以地面某一点的正高为例，计算该点的正高时应该测量地面点沿着铅垂线到打底水准面的距离。

另外，由于确定地面点的正高一般较难，因此莫洛金斯基提出了正常高系统的概念。

正常高系统是以似大地水准面为基准面的高程系统。

其中，从似大地水准面上的点到参考椭球面的距离称为高程异常。

各个高程系统之间存在着一定的联系。

大地高等于正高与大地水准面差距之和，同时等于正常高与高程异常之和。

2.地壳的垂直形变
我们能够利用GPS技术对地面点的大地高进行测量，所以在理论上，依据每个高程系统之间存在的告辞，我们只需要计算出地面点的大地水准面差距或者是高程异常就能够计算出其地面点的正高或者是正常高。

但是，当前我们依旧是不能够利用GPS技术测量出大地高和利用水准测量出正常高，从而进行对比实现GPS高程分量的精确度验证。

在进行地壳垂直形变观测当中，我们主要需要留意的就是高程变化的情况。

在进行地面沉降测量工作当中，我们也需要将计算出水准测量点的沉降量作为目标，对GPS基线向量中的高程分量进行精确度的要求。

运用GPS技术实施地面沉降监测，我们应当计算出某一个地面点相对于某个监测周期的地面垂直运动量，换句话说就是计算出两个周期监测数据所获得的大地高的差值。

或许是因为以GPS技术实施测量的基准面与以水准测量的基准面之间是不相融合，因而在监测点上的垂线会出现一些偏差。

但是通常情况下，虽然每个地点测量的垂线的偏差值是不一样的，但是其余弦指最大不超过1。

所以在如此的情况下，我们能够知道两个周期监测数据所获得的大地高的产值整体上是和水准测量点的沉降
量是相同的。

因此，在理论上运用GPS技术进行地面沉降问题测量的方案是行之有效的。

五、GPS技术测量地面沉降的误差分析与控制
1、GPS设备的误差控制
目前，我国在测量地面沉降方面主要的设备有天宝、佳瓦特、徕卡、阿士泰克以及诺瓦泰等产品。

对于高性能接收机，其精度一般在5㎜+1×10-6D以内。

而这也是在地面沉降测量中必备的。

而双频接收机也可以同时接受L1和L2两种载波信号，通过比较这两种载波信号，在一定程度上减小GPS卫星信号在传输的过程中由于电离层而导致的延迟问题，提高观测的精度。

所以，我们应该合理选择测量地面沉降的GPS设备。

目前，在世界上已经有几十家工厂进行GPS 接收机的生产，产品也有好几百种，我们应该按照原理、功能、用途方面进行正确的选择。

2、观测点选择的误差控制
进行地面沉降测量工作当中，需要尽量的保障观测点附近交通的顺畅。

此外，在进行观测点选取是应当尽量避开大功率的无线电发射源，从而便于组装GPS 装置。

我们应当尽可能的避免观测点其周围存在着一些对于设备接收卫星信号产生阻碍作用的物体或是介质，比如较大面积的水域。

在实施地面沉降测量工作时，要依据不同地区的实际情况进行灵活的调整，针对测量地区的特征进行适合的调整。

例如，进行测量的观测点其周围存在建筑或是树木的阻碍，那么就可以考虑将观测点移至周围建筑物的楼顶之上。

在城区进行地面沉降测量的工作时，使用GPS技术进行测量应当注意减少多路径效应的影响。

在进行GPS的地面沉降测量工作时，多路径效应是产生误差的主要源头。

因此在进行观测点选取之时，一定需要注意观测点选择的合适。

我们也能够通过使用改良型的天线进行消除一些不必要的影响。

因为观测点的选取对于整个地面沉降测量工作有着十分重要作用，因而在进行观测点的选取之时，一定要对地区有着详尽的了解，进行实地勘测，收集详细的资料选择最佳的观测点。

3、解算软件的误差控制
在当前的情况下，世界著名的GPS生产制造商，例如Trimble、Ashtek以及Leica等所生产制造的产品都配置了数据处理软件，可以达到一般地面沉降测量工作当中的误差控制要求。

在测量地面沉降工作中运用GPS技术，我们能够选择更加专业版的团建，经过减小各种因素导致的测量误差，从而使得测量的数据更加的精确可靠。

4、GPS网设计的误差控制
通常情况下，GPS网使用的是单独的观测边所构成的闭合图案性。

因为三角形网的几何结构相对较强，拥有良好的自我检测能力，因为构建这样的GPs网能够有效的找出测量数据当中存在的误差。

此外，为了能够确定GPS当中的每个点的正常高，在进行水准点的选择时需要利用高程进行约束。

通常来说，水准点的选择不能够少于三个，同时还需要确保每个水准点在GPS网当中能够均匀的分布。

为了能够确保GPS网的合理建立，每个监测点之间的间隔应当控制在5km到20km范围之内。

此外，因为要确保GPS网结构的强度，在进行测量时应当选择边联组网测量方法，应当采取AA级的标准来限制闭合环边数，即为要保证其不大于5。

为了能够保证整个GPS网的测量精确度，我们需要尽量的将已知的精确坐标点设置在测量的区域范围之内，控制好网约束平差。

六、结语
经过了上述文章对GPS技术的分析研究，我们可以知道在进行地面沉降测量工作当中运用GPS技术拥有较为突出的优势。

GPS技术所拥有的精确度高、高效率。

全天候、操纵便捷的优势使得测量工作变得更加的简单便捷。

对于GPS 技术我们应当充分合理的运用在地面沉降测量当中，同时选择一个合适的测量方案与之相结合。

从而降低了测量工作当中的费用，完善测量方法，随机应变。

尽可能的降低测量工作当中有可能出现的误差，提高测量数据的可靠性与精确度。

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