■閔　星　李潤(rùn)田　賈亞娜（天津市測(cè)繪院天津300381）

利用PPP固定解提取橋梁變形的可行性分析

■閔星李潤(rùn)田賈亞娜
（天津市測(cè)繪院天津300381）

研究了基于整數(shù)鐘模糊度固定的方法，以RTKLIB為平臺(tái)初步實(shí)現(xiàn)了PPP固定解。將PPP固定解用于提取橋梁變形信息，進(jìn)行橋梁安全監(jiān)測(cè)。通過(guò)PPP浮點(diǎn)解解算和PPP固定解解算的結(jié)果分析和比對(duì)，表明PPP固定解較PPP浮點(diǎn)解的精度和穩(wěn)定性有大幅提高，能夠提取橋梁的變形量，初步驗(yàn)證了其可行性。

PPP固定解變形信息RTK橋梁安全監(jiān)測(cè)

1　引言

本文在RTKLIB開源程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了CNES中心Laurichesse等提出的整數(shù)鐘（IRCs）模糊度固定方法，將其用于某橋梁變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中，提取變形信息，初步驗(yàn)證了PPP固定解提取橋梁變形的可行性。

2　PPP模糊度固定方法

2.1非差觀測(cè)方程

GPS雙頻偽距和載波相位觀測(cè)方程為：

其中，P1、ψ1分別為對(duì)應(yīng)頻率i(1,2)的偽距和載波相位觀測(cè)值，λ1為載波L1的波長(zhǎng)，N1為載波L1對(duì)應(yīng)的整周模糊度，P1、P2為接收機(jī)r天線相位中心到衛(wèi)星s之間的幾何距離，還包括對(duì)流層延遲、相對(duì)論效應(yīng)等與頻率無(wú)關(guān)的誤差，δW1為對(duì)應(yīng)頻率上的相位纏繞效應(yīng)誤差，1為頻率f1上的電離層延遲，q為載波相位頻率之比f(wàn)1/f2，c為真空中的光速，dtr、dts分別為接收機(jī)和衛(wèi)星鐘差，br*、bs*分別為不同頻率不同類型觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的接收機(jī)端硬件延遲和衛(wèi)星端硬件延遲。

2.2非差模糊度固定

針對(duì)非差模糊度固定這一關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已進(jìn)行了較為深入和系統(tǒng)的研究，并取得了豐富的成果。本文僅對(duì)整數(shù)鐘方法（IRCs）進(jìn)行介紹。

基于IRCs的PPP模糊度固定算法主要分為三個(gè)部分：寬巷衛(wèi)星小數(shù)偏差估計(jì)、整數(shù)衛(wèi)星鐘差估計(jì)、用戶端模糊度固定。首先根據(jù)方程（1）、（2）、（3）、（4）形成M-W組合固定寬巷模糊度：

其中，Nw=N2-N1為寬巷模糊度，ur、uS分別為接收機(jī)端和衛(wèi)星端的寬巷延遲。寬巷模糊度可通過(guò)多歷元平滑獲得較準(zhǔn)確的估值，將其從（5）式中減去后僅剩接收機(jī)端和衛(wèi)星端寬巷小數(shù)硬件延遲，可通過(guò)固定地面觀測(cè)站網(wǎng)中基準(zhǔn)站的接收機(jī)小數(shù)硬件延遲，進(jìn)而分解出衛(wèi)星端寬巷小數(shù)硬件延遲；然后根據(jù)方程（1）、（2）、（3）、（4）形成消電離層組合：

3　橋梁變形監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明

試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州某大橋施工的GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)，采用12臺(tái)高采樣率的中海達(dá)雙頻GPS接收機(jī)，其中一臺(tái)固定作為基準(zhǔn)站（M0，圖中未畫出），其余都安置在橋梁各監(jiān)測(cè)部位，取2014年2月15日的數(shù)據(jù)，當(dāng)天天氣晴朗微風(fēng)，觀測(cè)條件良好。本文實(shí)驗(yàn)選取了位于橋梁中部的GPS2號(hào)點(diǎn)，分別進(jìn)行了事后差分動(dòng)態(tài)解算、PPP浮點(diǎn)解解算和PPP固定解解算，并轉(zhuǎn)換得到相對(duì)于參考點(diǎn)M0的ENU三維基線向量進(jìn)行分析。

3.2試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)于短基線的事后差分動(dòng)態(tài)處理，采用了Novatel公司開發(fā)的高精度事后處理軟件GrafNav，其標(biāo)稱精度為1cm+1.0ppm，本文先將差分結(jié)果作為真值，比較PPP浮點(diǎn)解和PPP固定解的精度，兩者均基于RTKLIB解算得到。

PPP固定解由于將模糊度固定，充分利用了模糊度信息，極大的改善了定位精度，與雙差解更加吻合，其差值序列較PPP浮點(diǎn)解穩(wěn)定。PPP浮點(diǎn)解的模糊度容易受到各種誤差影響，并且在動(dòng)態(tài)定位中，位置參數(shù)前后約束小，使得動(dòng)態(tài)PPP浮點(diǎn)解的定位精度較差，不能充分利用載波的觀測(cè)信息。比較兩者的定位精度，可知，PPP固定解的平面精度優(yōu)于2cm，高程精度優(yōu)于4cm，比PPP浮點(diǎn)解的精度分別提高了66%和69%，對(duì)于高精度的橋梁變形監(jiān)測(cè)，PPP固定解模式優(yōu)于PPP浮點(diǎn)解模式。

4　結(jié)論

本文研究了PPP的整數(shù)鐘模糊度固定方法，并利用RTKLIB進(jìn)行了二次開發(fā)。采用CNES中心發(fā)布產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了PPP固定解。并針對(duì)某橋梁GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了PPP固定解提取橋梁變形的可行性。實(shí)驗(yàn)表明，PPP固定解較PPP浮點(diǎn)解有更好的定位精度和穩(wěn)定性，可以提取橋梁變形量，并且能夠正確檢測(cè)出橋梁振動(dòng)的真實(shí)頻率，隨著PPP固定解在變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的深入研究和軟件的開發(fā)完善，利用PPP固定解進(jìn)行橋梁變形監(jiān)測(cè)和分析是可行的。

[1]李征航，李振洪.隔河巖大壩外觀變形數(shù)據(jù)的處理和分析[J].武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào).2000,25(6):482-484.

[2]王堪，游新兆，王啟梁.用全球定位系統(tǒng)(GPS)監(jiān)測(cè)青藏高原地殼形變[J].1996.

[3]李宏男,伊廷華,王國(guó)新.GPS在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2005,13(6):122-130.

[4]張小紅，李盼，左翔.固定模糊度的精密單點(diǎn)定位幾何定軌方法及結(jié)果分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版).2013(09):1009-1013.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-389-1