GPS高程监测需解决的问题及实现手段

．．1．1常用高程系统
．．我们知道常用的高程系统主要有：大地高程系统、正常高程系统、正高系统。
．．1．1．1大地高程系统 大地高程系统，是以椭球面为基准面的高程系统。大地高的定义是，由地面点沿通过该 点的椭球面法线，到椭球面的距离，通常以H表示。 因为椭球面在地球内部的位置，决定于椭球体的定位参数和定向参数。 当椭球体的定位与定向不同时，相应的大地高程系统也是不同的。 大地高是一个几何量，不具有物理上的意义。利用GPS定位技术，可以直接测定测站在 WGS-84中的大地高程。 这一高程系统，在工程技术上虽然没有广泛的应用，但它与水准测量资料、重力测量资 料相结合，用于研究大地水准面的形状，或结合高程异常资料，来确定点的正常高方面，都有重要的意义。
1．1．2正常高系统
．．由于正高实际上是无法严格确定的，所以，在实用上，根据前苏联大地测量学者莫洛金斯基的理论，建立了正常高系统。 通过严密的数学推断，正常高可以精确地确定。 与正常高相应的基准面，通常称为似大地水准面。
．．似大地水准面与椭球面之间的高程差，称为高程异常。 GPS测定的大地高与我国常用的正常高之间存在这一差值。如能精确测定高程异常值，则两高程系统能任意转化，就能用GPS高程测量代替几何水难测量。 在滑坡监测方面，只需测出监测点的大地高精确变化，则也能正确反映滑坡形变情况。 因此，只要能测定高精度GPS基线，减少起算点误差，就能进行GPS高程变形监测。
1．2 GPS误差源研究
．．学者们的研究表明，高精度GPS测量中，影响定位精度主要因素有：卫星轨道精度；对 流层折射修正精度；多路径效应；相位中心改正；接收机振荡器的稳定度；数据处理技术和 起始点坐标精度。
．．1．2．1星历的研究
．．卫星轨道误差是影响GPS定位的主要因素之一，其对基线的影响可以较精确地表示。根据实测数据，分别用IGS精密星历和广播星历进行解算，两者的结果在水平方向差0．lmm，在高程方向差0．2mm。可见，在滑坡监测的短基线条件下，用广播星历解算对结果无显著影响。
．．1．2．2对流层折射影响研究
．．对流层折射是影响高精度GPS定位的重要因素之一，虽经模型改正后有很大改善，但其 残余偏差也影响了高程方向的精度，由于测区范围较小，暂可用随机过程模拟对流折射偏 差，以减小该项误差的影响。
．．1．2．3周跳修复研究
．．周跳是否修复是影响高精度GPS基线解算结果的重要因素之一，为了达到修复周跳的 目的，我们可以用GAMIT软件中的单站单差修复周跳的基础上对其改善，同时，根据滑坡 区的短基线特点，可采用L1、L2双差拟合方法自动修正周跳。实验资料表明，对于短基线， 用此方法可较好地修复周跳。 111．2．4基准点坐标的确定
．．在基线解算中，需要一个起算点，起算点的精度将影响基线解算的精度。因此，有必要 获得高精度的基准点坐标及监测点坐标。起算点对基线解算的最大影响如下式： δs =0．60 x 10－4 x D x δX1 式中δs为起算点对基线的最大影响； D为基线的长度（以km计）；δX1为起算坐标的误差。令 D＝ 1km，如要对基线的影响小于0． lmm，则要求起算点坐标误差应小于 1． 7m，为获取基准点及其他GPS监测点的较精确的地心坐标，可利用武汉GPS跟踪站和上海GPS跟踪站与滑坡基准点联测，解算出基准点精确坐标。
．．1．2．5增设基准点，提高形变量精度和系统的可靠性
．．另增设一基准点，以提高GPS高程监测的差分改正数，并能消除监测点的共同误差，大 幅提高监测精度。武汉测绘科技大学实验数据表明，平面位置精度较增设基准点前提高精度 50％左右； GPS高程误差精度提高 60％～70％。