【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 僅討論靜態(tài)相對(duì)定位。 在兩個(gè)觀測(cè)站或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀側(cè)量的不同組合(求差)進(jìn)行相對(duì)定位，可有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，從而提高相對(duì)定位的精度。 GPS載波相位觀測(cè)值可以在衛(wèi)星間求差，在接收機(jī)間求差，也可以在不同歷元間求差。各種求差法都是觀測(cè)值的線性組合。 將觀測(cè)值直接相減的過程叫做求一次差。所獲得的結(jié)果被當(dāng)做虛擬觀測(cè)值，叫做載波相位觀測(cè)值的一次差或單差。常用的求一次差是在接收機(jī)間求一次差。設(shè)測(cè)站1 和測(cè)站2分別在ti和ti+1時(shí)刻對(duì)衛(wèi)星k和衛(wèi)星j進(jìn)行了載波相位觀測(cè)，如圖21, ti時(shí)刻在測(cè)站1和測(cè)站2，對(duì)k衛(wèi)星的載波相位觀測(cè)值為和，對(duì)和求差，得到接收機(jī)間(站間) 對(duì)k衛(wèi)星的一次差分觀測(cè)值為: （211）同樣，對(duì)j衛(wèi)星，其ti時(shí)刻站間一次差分觀測(cè)值為: （212） 對(duì)另一時(shí)刻ti+1，同樣可以列出類似的差分觀測(cè)值。 對(duì)載波相位觀測(cè)值的一次差分觀測(cè)值繼續(xù)求差，所得的結(jié)果仍可以被當(dāng)做虛擬觀測(cè)值，叫做載波相位觀測(cè)值的二次差或雙差。常用的求二次差是在接收機(jī)間求一次差后再在衛(wèi)星間求二次差，叫做星站二次差分。例如對(duì)在ti時(shí)刻k、J衛(wèi)星觀測(cè)值的站間單差觀測(cè)值和求差，得到星站二次差分即雙差觀測(cè)值:= （213） 同樣在t。 、J衛(wèi)星的站間單差觀測(cè)值求差也可求得雙差觀測(cè)值。 對(duì)二次差繼續(xù)求差稱為求三次差。所得結(jié)果叫做載波相位觀測(cè)值的三次差或三差。常用的求三次差是在接收機(jī)、衛(wèi)星和歷元之間求三次差。例如，將ti時(shí)刻接收機(jī)2對(duì)衛(wèi)星k、j的雙差觀測(cè)值與ti+ 、2對(duì)衛(wèi)星k、j的雙差觀測(cè)值再求差，即對(duì)不同時(shí)刻的雙差觀測(cè)值求差，便得到三次差分觀測(cè)值即三差觀測(cè)值: = (214)上述各種差分觀測(cè)值模型能夠有效地消除各種偏差項(xiàng)。單差觀測(cè)值中可以消除與衛(wèi)星有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)，雙差觀測(cè)值中可以消除與接收機(jī)有關(guān)的載波相位及其鐘差項(xiàng)，三差觀測(cè)值中可以消除與衛(wèi)星和接收機(jī)有關(guān)的初始整周模糊度項(xiàng)N。因而差分觀側(cè)值模型是GPS測(cè)量應(yīng)用中廣泛采用的平差模型。特別是雙差觀側(cè)值即星站二次差分模型，更是大多數(shù)GPS基線向量處理軟件包中必選的模型。圖21求差說明圖 GPS測(cè)量主要誤差分類﹝2﹞ GPS測(cè)量結(jié)果的誤差主要來源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過程和地面接收設(shè)備。在高精度的GPS測(cè)量中，地球潮汐、負(fù)荷潮及相對(duì)論效應(yīng)等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。表21給出了GPS測(cè)量的誤差分類及各項(xiàng)誤差對(duì)距離測(cè)量的影響。表21GPS測(cè)量誤差的分類及對(duì)距離測(cè)量的影晌 誤 差 來 源 對(duì)距離測(cè)量的影響(m)衛(wèi)星部分①星歷誤差。②鐘誤差。③相對(duì)論效應(yīng)～15 信號(hào)傳播①電離層。②對(duì)流層。③多路徑效應(yīng)～15信號(hào)接收①星鐘的誤差。②位置誤差。③天線相位中心變化～5其他形響①地球潮汐。②負(fù)荷潮 圖表所列的誤差可以將信號(hào)的多路徑效應(yīng)歸為偶然誤差，將衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等歸為系統(tǒng)誤差。相比較而言系統(tǒng)誤差比偶然誤差要明顯所以系統(tǒng)誤差是GPS測(cè)量的主要來源。 GPS測(cè)量主要誤差及其影響當(dāng)GPS信號(hào)通過電離層時(shí)。如同其他電磁波一樣，信號(hào)的路徑會(huì)發(fā)生彎曲，傳播速度也會(huì)發(fā)生變化。所以用信號(hào)的傳播時(shí)間乘以真空中光速而得到的距離就不會(huì)等于衛(wèi)星至接收機(jī)間的幾伺距離，這種偏差叫電離層折射誤差。 對(duì)流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的上升而降低，GPS信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使測(cè)量距離產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對(duì)流層折射。多路徑效應(yīng)是GPS測(cè)量中一種重要的誤差源，將嚴(yán)重?fù)p害GPS測(cè)量的精度，嚴(yán)重時(shí)還將引起信號(hào)的失鎖。實(shí)踐表明，多路徑誤差對(duì)P碼最大影響可達(dá)10m以上。4. 衛(wèi)星星歷誤差 在一個(gè)觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)星歷誤差屬系統(tǒng)誤差特性，是一種起算數(shù)據(jù)誤差。它將嚴(yán)重影響單點(diǎn)定位的精度，也是精密相對(duì)定位中的重要誤差源。 5. 衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(wèi)星鐘的鐘差包括由鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生的誤差，也包的含鐘隨機(jī)誤差。在GPS測(cè)量中，無(wú)論是碼相位觀測(cè)或載波相位觀測(cè)，均要求衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘保持嚴(yán)格同步。盡管GPS衛(wèi)星均設(shè)有高精度的原子鐘，但與理想的GPS時(shí)之間仍存在著偏差或漂移。這些偏差的總量均在lms，以內(nèi)，由此引起的等效距離誤差約可達(dá)300 km 。 GPS接收機(jī)一般采用高精度的石英鐘，其穩(wěn)定度約為109。若接收機(jī)鐘與衛(wèi)星鐘間的同步差為1μs，則由此引的起等效距離誤差約為300m。是實(shí)際上天線的相位中心隨著信號(hào)輸人的強(qiáng)度和方向不同而有所變化，即觀測(cè)時(shí)相位中心的瞬時(shí)位登(一般稱相位中心)與理論上的相位中心將有所不同，這種差別叫天線相位中心的位置偏差。這種偏差的影響，可達(dá)數(shù)毫米至數(shù)厘米。而如何減少相位中心的偏移是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。8. GPS天線相位中心的偏差GPS天線相位中心偏差可分為水平偏差和垂直偏差兩部分。國(guó)內(nèi)大多方法只能有效地檢測(cè)出天線相位中心偏差水平分量，對(duì)于垂直偏差分量卻不能精確測(cè)定出。就一般天線而言，其相位中心在垂直方向上的偏差遠(yuǎn)大于在水平方向上的偏差(水平偏差僅幾個(gè)毫米，垂直偏差可達(dá)160 mm )。第3章 建筑物變形的原因和監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法、方案為了保證高層建筑物在建設(shè)及使用中的安全,相關(guān)建設(shè)部門規(guī)定高層建筑物在建設(shè)中必須進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)報(bào)告是建筑物竣工后必須具備的基本資料。引起高層建筑物變形的因素很多：建筑物基礎(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造不均勻、土壤的物理性質(zhì)不同、大氣溫度變化、地基的塑性變形、地下水位季節(jié)性和周期性的變化、建筑物本身的荷重、建筑物的結(jié)構(gòu)及動(dòng)荷載的作用，都會(huì)引起基礎(chǔ)及其四周地形變形，從而導(dǎo)致建筑物變形。高層建筑物的變形如果超過一定的限度，就會(huì)影響到它的正常使用,尤其是產(chǎn)生不均勻沉降,更會(huì)危及建筑物的安全。建筑物的全部荷載都由它下面的地基來承擔(dān)，地基有巖基和土基之分。對(duì)于巖基，雖然種類繁多，但一般除了它們的風(fēng)化層和尚未完全固結(jié)硬化的軟巖之外，通常都能作為建筑物的地基，而土基的土是由固體顆粒、液體、氣體混合成的三相體，其工程地質(zhì)性質(zhì)可以相差很大。對(duì)于高層建筑物而言，對(duì)地基土要求比較高，不只限于要求地基土有較高的承載力和較少的沉降量，更重要的是要對(duì)地基土的性狀應(yīng)充分了解和通過監(jiān)測(cè)進(jìn)行必要的研究，便對(duì)地基土質(zhì)做出正確的評(píng)價(jià)。由于建筑物的建造，使地基中原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生變形，表現(xiàn)為地基沉降。高層建筑物在建設(shè)中隨著荷載的不斷增加，建筑基礎(chǔ)下土層的壓縮是逐步實(shí)現(xiàn)的，因此，基礎(chǔ)的沉降量亦是逐漸增加的。一般認(rèn)為，建筑在砂土類土層上的建筑物，其沉降在施工期間已完成大部分；而建筑在黏土類土層上的建筑物，其沉降在施工期間只完成了一部分。當(dāng)荷載停止增加時(shí)，沉降也會(huì)逐漸趨于停止。因此，對(duì)于高層建筑而言，對(duì)地基強(qiáng)度有一定的要求。而地基強(qiáng)度與地基承載力等因素有關(guān)，地基承載力一方面取決于地基土的性質(zhì)和形成條件，包括土的成層特點(diǎn)、均勻性、組合情況、荷載歷史、地下水水位變化、地層遭受切割和破壞狀況(如場(chǎng)地地震效應(yīng))等，都是影響承載力大小的重要因素。另一方面取決于基礎(chǔ)類型、寬度、埋深等；建筑物的類型、平面和立面；荷載性質(zhì)、大小及分布；上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基不均勻沉降的抵抗能力等；施工方法特別是加荷速率對(duì)承載力的影響很大等?？梢姡_定地基承載力是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，必須綜合考慮各種因素。而當(dāng)?shù)鼗休d力的設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不相符，就會(huì)產(chǎn)生建筑物不均勻沉降，影響建筑物的使用。特別是當(dāng)建筑物荷載過大，超過地基土所能承受的能力，發(fā)生剪切破壞，將給建筑物安全帶來隱患和危害。外界條件(如地下水位、地基土壤溫度變化等)是產(chǎn)生建筑物沉降的另一個(gè)主要原因之一。建筑物的基礎(chǔ)受力處在一種平衡狀態(tài)下。倘若由于某種原因打破了這種平衡(抽取地下水)，建筑物將會(huì)產(chǎn)生均勻或不均勻的沉降,影響著建筑物的安全。當(dāng)氣象條件發(fā)生改變時(shí)，它可能表現(xiàn)為地基土壤在凍結(jié)時(shí)隆起和在解凍時(shí)下陷，由于受降水浸濕使地基土壤膨脹和軟化以及陽(yáng)光輻射和風(fēng)的影響使地基土壤干燥等都會(huì)引起高層建筑物變形。此時(shí)，建筑物產(chǎn)生變形后一定要對(duì)其變形量值進(jìn)行分析,建筑物正常的沉降，是循著從緩慢—活躍—緩慢—穩(wěn)定的過程。因此，對(duì)高層建筑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)應(yīng)貫串整個(gè)建筑物建設(shè)的全過程：即建筑之前、之中及運(yùn)營(yíng)期間。﹝3﹞觀測(cè)對(duì)象的變形過程一般都是動(dòng)態(tài)過程，只不過有的變形速度很快，有的則是通過被研究對(duì)象的不同離散時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，這時(shí)，把對(duì)象看作靜態(tài)系統(tǒng)看幾個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)結(jié)果，再來研究其運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程。變形測(cè)量方法的選擇取決于變變形監(jiān)測(cè)的目的、變形大小和變形速度等因素。變形監(jiān)測(cè)發(fā)展的目標(biāo)和首要任務(wù)高變形的精度。一則使得同樣處于微小量級(jí)的測(cè)量誤差不至于掩蓋變形體的變更有效地發(fā)現(xiàn)變形體更小的變形。在工程和局部性變形監(jiān)測(cè)方面，大地測(cè)量技術(shù)、地面攝影測(cè)量技術(shù)、特殊和專用以及以GPS為主的空間定位技術(shù)等均得到了較好的應(yīng)用，根據(jù)對(duì)象不同，變形體上可分為下列幾類：(1)大地測(cè)量法大地測(cè)量法應(yīng)用最多的是水準(zhǔn)測(cè)量法。精密水準(zhǔn)測(cè)量是測(cè)定變形體垂直位移但誤差較大，而消除或者改正大氣折光誤差對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的影響是相當(dāng)中、美、俄等國(guó)家的科技專家在這方面進(jìn)行長(zhǎng)期、大量的研究，但目前尚未能提有效的方法。建筑物變形監(jiān)測(cè)主要是進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。沉降測(cè)量是通過測(cè)定建筑物而出現(xiàn)的，運(yùn)用的是水準(zhǔn)測(cè)量。所以，水準(zhǔn)測(cè)量的一些技術(shù)要求需要掌握?！吨腥A人業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑變形測(cè)量規(guī)程》規(guī)定各等級(jí)幾何水準(zhǔn)觀測(cè)的技術(shù)要求，應(yīng)符合下列各等級(jí)水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距差視線高度，應(yīng)符合下表的規(guī)定。其中往返長(zhǎng)度、前后視距差和視線高度(m)應(yīng)符合下表31規(guī)定。表31水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距差和視線高度表等級(jí)視線長(zhǎng)度前后視距差前后累計(jì)視距差視線高度特級(jí)≤10≤≤≥一級(jí)≤30≤≤≥二級(jí)≤50≤≤≥三級(jí)≤75≤≤三絲讀數(shù)(2)攝影測(cè)量法包括地面單張相片攝影測(cè)量、地面立體攝影測(cè)量、航空攝影測(cè)量等。單相片攝影測(cè)量只能測(cè)定平行于攝影機(jī)承片框平面上的變形。地面立體攝影測(cè)量則可測(cè)定物體空間位置的移動(dòng)和變形，這兩種方法最適于近距離單體建筑物的變形測(cè)量。由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，促使非地形解析攝影測(cè)量方法有了很大發(fā)展，因此在近景攝影變形測(cè)量中不但可用帶有框標(biāo)語(yǔ)定向設(shè)備的測(cè)量攝影機(jī)，而且可廣泛使用非量測(cè)用普通攝影機(jī)，這就為攝影測(cè)量方法在變形測(cè)量中的應(yīng)用開辟了更廣闊的前景，如數(shù)字化攝影測(cè)量和實(shí)時(shí)攝影測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用。航空攝影測(cè)量一般只適用于大面積的地表變形測(cè)量。攝影測(cè)量方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可于同一時(shí)刻對(duì)建筑物和對(duì)象的很大范圍進(jìn)行觀測(cè)，并可測(cè)定任意數(shù)量的點(diǎn)，其中包括不能直接測(cè)量的點(diǎn)，外業(yè)工作量少，效率高；能夠?qū)⒂^測(cè)得到的全部資料貯存，并可隨時(shí)恢復(fù)其空間模型；而且對(duì)觀測(cè)快速變形具有其他方法所不可及的優(yōu)點(diǎn)。(3)物理學(xué)傳感器方法傳統(tǒng)的直接測(cè)距和間接測(cè)距等距離兩種方法存在著諸多缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低下、精度難以提高、受地形條件和氣候條件限制有時(shí)無(wú)法進(jìn)行等。20世紀(jì)50年代至今，隨著物理測(cè)距技術(shù)的逐步成熟和日趨完善，物理測(cè)距儀器得以普及并獲得廣泛應(yīng)用。 (4)GPS觀測(cè)法傳統(tǒng)的大地測(cè)量方法，無(wú)法測(cè)得絕對(duì)量(例如點(diǎn)在投影面上的坐標(biāo)x,y和高程H，而只能觀測(cè)一些相對(duì)量(例如角度β、距離S、高差h等)。對(duì)于工程建筑物變形觀測(cè)來說，據(jù)此所解算的變形總是相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)。而該基準(zhǔn)則是由某些在整個(gè)觀測(cè)期間一成不變的所謂不動(dòng)點(diǎn)確定的。這樣，就有可能歪曲變形結(jié)果。GPS是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的全球無(wú)線電定位導(dǎo)航系統(tǒng)。在測(cè)量上，GPS則具有全球性、全天候、高精度、連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)的三維定位能力。GPS定位具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、信號(hào)可靠、準(zhǔn)確度高、多用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，GPS精密定位技術(shù)不僅廣泛用于國(guó)家控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)各等級(jí)控制點(diǎn)的定位測(cè)量和航空攝影測(cè)量的外業(yè)控制測(cè)量，而且也廣泛用于大地形變測(cè)量、地表沉降監(jiān)測(cè)和工程建筑物的變形觀測(cè)。GPS精密定位技術(shù)用于沉降監(jiān)測(cè)，可以直接采用GPS定位測(cè)量所解算的大地高程，無(wú)需進(jìn)行高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。這樣不僅簡(jiǎn)化了計(jì)算工作，更重要的是對(duì)保證觀測(cè)成果的精度不受損失具有一定的意義。 GPS變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)與觀測(cè) GPS變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則 GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則包括以下幾個(gè)方面: 應(yīng)用范圍的考慮 對(duì)于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應(yīng)該既考慮勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的需要，又要考慮施工放樣階段的需要。對(duì)于城市GPS控制網(wǎng)，既要考慮近期建設(shè)和規(guī)劃的需要。又要考慮遠(yuǎn)期發(fā)展的需要。還應(yīng)具有根據(jù)具體情況擴(kuò)展GPS控制網(wǎng)的功能。例如，因?yàn)镚PS測(cè)量具有高精度和不要求通視的優(yōu)點(diǎn)，有的城市己經(jīng)考慮將城市GPS網(wǎng)建成為兼有監(jiān)測(cè)三維形變功能的控制網(wǎng)。這樣既可以為城市建設(shè)提供發(fā)現(xiàn)隱患、預(yù)防災(zāi)害的極有價(jià)值的信息。也有利于充分發(fā)揮GPS網(wǎng)和測(cè)繪工作在城市建設(shè)中的作用。 采用分級(jí)布網(wǎng)的方案 分級(jí)布設(shè)GPS網(wǎng)，可根據(jù)測(cè)區(qū)的近期需要和遠(yuǎn)期發(fā)展分期布設(shè)，且可使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)短邊相結(jié)合的形式。與全網(wǎng)均由短邊構(gòu)成的全面網(wǎng)相比，可以減少網(wǎng)的邊緣處誤差的積累，也便于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢核分階段進(jìn)行。 GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)﹝9﹞ GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差表示，其形式為: （31）其中::距離中誤差(mm) ；a：固定誤差(mm) ； b比例系數(shù)(ppm)； d:相鄰點(diǎn)的距離(k