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矿区GPS变形监测及其伪卫星增强技术

刘超  
【摘要】:矿区地表变形是资源开采引起的重要现象,对变形体进行监测、分析其内在规律,用于灾害防治,对矿山安全生产和国民经济的可持续发展具有重要的意义。 矿区地表变形监测的关键是如何高效率、高精度的获取变形信息,本文针对西部矿区地表起伏较大、沟壑林立,常规测量手段工作量巨大甚至无法实施,引入GPS定位技术进行矿区地表变形监测,并对相关问题进行系统深入研究。提出并建立了较为完善的矿区地表变形监测模式,并针对该模式下精度的主要制约因素,建立了高精度GPS基线解算模型和对中杆模式下GPS-RTK高精度测量模型;同时,针对卫星遮挡严重区域,GPS定位精度较差或无法定位,引入伪卫星增强GPS系统,研究了伪卫星的优化布设方案,在此基础上,建立了高精度GPS/伪卫星组合定位模型。本文的主要研究成果如下: (1)建立了较为完善的矿区地表变形监测模式。分别基于经典最小二乘理论与抗差估计理论,研究并建立了矿区高精度GPS三维变形监测网和似大地水准面模型,并通过矿区现场试验,给出了该模式的主要工作流程及其数值结果。 (2)提出了一种基于序列平均的GPS基线解算模型。充分利用多路径效应等非建模系统误差的低频特性,进行系统误差的去除,最后通过序列平均得到最终的基线解。实例分析表明:该模型可以有效的削弱多路径误差对基线解算的影响,且可以灵敏地探测和去除粗差,提高了基线向量的精度和可靠性。 (3)基于测边交会方法和非完整球面拟合方法,提出一种高效率、高精度的矿山变形GPS-RTK对中杆监测方法,系统分析了其主要误差源,并从理论上证明了该方法的优越性。通过高精度试验台试验和不同环境下地面试验表明:采样间隔1s、采样时段10s,即可获得E方向和H方向优于10mm、N方向10~30mm的测点精度。 (4)提出了一种针对GPS/伪卫星组合相对定位的伪卫星优化布设方案,即:建立以时间、高度角和方位角自变量,相对精度因子为因变量的四维模型;与传统给定备选方案相比较,该方案能更直观、更高效的指导伪卫星的选址工作,且理论最优,并通过实测数据验证了模型的有效性。 (5)提出了一种针对变形监测的高精度GPS/伪卫星组合动态解算模型,该模型有效削弱了伪卫星多路径误差对组合定位的影响,提高了定位的精度和可靠性。通过实例分析表明:该模型较传统模型可以更为有效的去除伪卫星多路径误差对定位的影响,有效地提高了定位的精度。 该论文有图84幅,表32个,参考文献140篇。


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