GPS定位产生的误差对变形监测的影响.pdf

4 2 矿 业 工 程 M in ing En g in e e r ing 第 1 O卷第 5期 2 0 1 2年 1 O月 设备与维修 GP S定位产 生的误差对变形监测 的影 响 陈 艺明 ( 福建 省潘 洛铁矿 有 限责 任公 司 ，福 建 龙岩 3 6 4 0 0 0 ) 摘要 ：介绍了 G P S观测中各种误差来 源及对其误 差 的减 弱措施 ，通 过实例分 析 了 GP S定 位 中产生 的 误差对变形监测 的影响 。 关键词 ：G P S定位原理 ；GP S误差源 ；变形监测 中图分类号 ：T D 1 7 2 2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0( 2 0 1 2 )0 5 0 0 4 2 0 3 0 引言 近 2 0年 以来 ，G P S卫 星 定 位和 导 航 技术 与 现 代通信技术相结合 ，在空间定位技术方面引起了革 命性的变化 。其定位 的绝对或相对精度从 m级扩 展 到 cm 级 、mm 级 乃 至亚 mm 级 ，从 而 大 大拓 宽 了它的应用范围和在各行业中的作用，已广泛用于 我国导航定位各领域 ，为国家经济建设作 出了重大 贡献 。因此 ，GP S全 球 定 位 系 统作 为 一 种 全 新 的 现 代 空 间 定 位 技 术 ，以 其 高 精 度 、全 天 候 、高 效 率 、多功能 、易操作 、应用广等特点在变形监测中 迅 速得 到 了推广 ，逐渐 成 为各种变 形监 测 的一种极 为有 效 的 手 段 。因 此 ， 只有 掌 握 G P S定 位 原 理 ， 理解这些误差源的性质及其影响 ，才能制定出更好 的技术方案和作业方式 ，更好 的消 除和减弱 GP S 定 位 中各种 误 差 的影 响 ，提高 GP S定 位 观 测 的数 据成果 的 准确 性 ，从 而 使 GP S定 位 技 术 在 各 种变 形监测 中更 加广 泛 的应用 。 1 G P S定位 中的各种误差源_ 1 在 G P S定位系统中，需要利用遥测信号到达 测量 站的 时 间来 计算 目标 的位置 ，由于是 以时 间来 定位 ，因此 ，需 要将 卫星 钟和接 收机 钟 同步到某 一 时间基准上 ，同时要求观测得到 的时间精密度要 高 ，因为 它将 直接影 响到 定位解 算是 否准 确 ，要 求 各测 量站 时钟 之间要 高精 度 的时间 同步 ，其 不 同步 误差将直接造成测量误差 ，且要求各测量站间能实 收稿 E t 期 ：2 0 1 2 一O 3 2 6 作者简介 ：陈艺明 ( 1 9 7 1 一) ，男 ( 汉族) ，福建龙岩人 ，福建省潘 洛铁矿有限责任公 司测量助理工程师 ，主要从事矿 山测量工作 。 现 纳秒级 的 时 间 同步 。在 G P S测 量 过程 中 的 主要 误差来源在 GP S卫星、卫星信号的传播过程 和地 面接收设备 ，还应注意到与地球整体运动有关的地 球潮 汐 、负荷 潮及 相对 论 效 应 等 影 响 ：1 ) 与卫 星 有 关 的误 差 。卫 星星历误 差 、卫 星钟误 差和相 对论 效 应 引起 的相 对钟 误差 。3项误 差 讨 论 中均 是假 设 卫 星是 在 圆形 轨道 上匀 速运动 ，但 实 际上 ， 由于 卫 星轨道 是一椭 圆 ，因此 卫星 的运行 速度 也 随时间 发 生变化 ，相对 论效 应影 响并非 只是 一个 常数 ，所 以 导致在 不 同时段 观测 的数据 在相对 论效 应误 差改 正 数也不尽相同，因此经过改正后可能仍然存在着残 差 ，对 GP S时 的影 响 最大可 达 7 0纳秒 ，对 于精 密 定位来 说是 不 可忽 略 的 ；2 )传 播 过程 中有 关 的 误 差 ：电 离层 误 差 、对 流 层 误 差 和 多 路 径 误 差 ；3 ) 与接 收机有 关 的误差 ：接 收机钟误 差 、接 收机 的位 置误 差和周 跳 ；4 )其 他 因素误差 。 综合 以上 4项 误 差 来 源 ，G P S定 位 中伪 随 机 码 ( C A码 )捕 获 的载 波信 息见表 1 。 表 1 GP S定 位 中 主 要 误 差 引 起 的 相 对 偏 差 值 2 0 1 2年第 5期 陈艺 明 GP S定位 产生的误 差对变形监 测的影 响 4 3 2 误差对变形监测 的影 响 变形是指变形体在各种影响因素的作用下 ，其 形 状 、大小 及 位 置 在 时 空域 中 的 变 化 。利 用 GP S 进 行变 形监 测 的作 业方 式可 分为周 期性 和连 续性 模 式 。GP S周期性变形监测是按照一定的时间间隔， 定 期测 定被 监视对 象 空间位 置 的变化 ，求得 每相 连 两次 观 测 期 间 的变 形 量 ；连 续 性 变 形 监 测 ，是 将 G P S接 收机 安 置 在 监 测 点 上 进 行 长 时 间 、连 续 的 数据采 集 ，获得 变形 数据 系列 ，此时 监测数 据具 有 很 高 的时 间分辨 率 ，用于动 态变 形分 析 。对 于 变形 速率缓慢的监视对象 ，由于在局部时间域和空间域 内可 以认 为是 稳定 的 ，通 常 采 用 GP S静 态 相 对 定 位方 法进行 周期 性变 形监测 。 在一般 的 G P S变 形 监 测 中 观测 者 关 注 的是 两 期 的变形 量数 据 ，而 不 是变 形 监 测 点本 身 的坐 标 ， 但在 GP S周期 性 变形 监 测 中各 点 的 两期 坐 标 差 不 可避免的含有系统误差或偶然误差 ，那么，在监测 数据 中便 包含 了 GP S定 位 中产 生 的误 差 值 ，从 而 影 响 了监 测 的准确性 ，特别 是 对于监 测点 的变 化量 较小 的 ，其两期 变 化 量 是 由 G P S定位 中产 生 的误 差反 应 ，还是 点位 真正 的变形 量引起 便难 以判 断 。 2 1 G P S定 位产 生的误 差对 其数 据 的影响分 析 在地形起伏不大的平坦地区，当点之间的距离 不 大时 ，可 以认 为 两 点 的 高程 异 常 相 同或非 常小 ， 可 以忽 略不 计 ，这 样 就 可 以采 用 两 点 之 间 的 GP S 大地 高差 代替 正常 高差 。 现 以 GP S沉 陷 变 形 监 测 为 例 。监 测 区 域 有 6 个监 测点 ，测 线全 长4 0 3 m。GP S监 测 的 同时 也采 用附合水准路线按三等水准要求对 6个点进行 观 测 。水准测量所得各点高程和用 G P S测量经无 约 束平差后所得的高程 ，见表 2 。 表 2 水 准测量高 程与 GP S测量高程 的比较 m 传统 的水准测量对 于高程测定具有较 高的精 度 ，所以水准测量所 得的高程与 GP S测量经无约 束平差后所得 的高程差值AHH水 一HGP S ，即 是 GP S测量 高 程 中含 有 误 差 的反 应 。 因此 ，考 虑 到水 准 测量 中误 差 的影 响 ，其 个 别 观 测 点( 如 1 、 4点)的水准测量结果与 GP S观测结果 的高程差 存在较大差值 ，主要是 因为 G P S定位中产生了误 差 ，由此可知 GP S定位 中产 生 的误 差对 GP S测量 的数据有一定的影响。 2 2误 差对 变形 监测水 平位 移影 响 的实例 分析 相邻两周期某个水平位移监测点是否为显著性 的变形 ，即该 点水 平位 移变 化量 到底是 由观 测误差 所 引起 的 ，还 是 点位真 正 的变形 引起 的 ，必 须对其 进 行 区分 。以 G P S定 位 在 某 监 测 网变 形 监 测 中平 面位移变形 的数据l_ 】 为例 ，分 析相邻 两周期各 点 水 平位 移监 测点 的稳 定 性及 由 GP S定 位 中产 生 的 误 差 对 各 点 稳 定 性 的 误 判 。该 实 验 使 用 的 是 Tr imb l e 5 7 0 0系列 双 频 G P S接 收 机 ，标 称 精 度 为 5 mm + l pp m 。 根 据方 案对 该 网进 行 观测 ，并 对 观测数 据进 行 平差处 理 ，见 图 1 。 GP S对该 监 测 网 中各 点 水 平 位 移 的 两期 网 点 坐标及 坐标 差监 测成果 ，见表 3 。 CPS1 GPS 3 GPS 4 图 1 水 平 监 测 网 网 型 从表 3的两期坐标差来看 ，中误差均较小 ，因 此 G P S定位在水平位置上具有较高 的精度 ，但还 是有 必要 对该 监测 网各点 的稳 定性做 出判 断 。根据 平均 间 隙法 2 及 从 位 移 变 化 量 的大 小 可 知 GP S 3 点在 X轴 发 生 了位 移 。通 过 显 著性 分 析 法口 ，当 A x 3 mA x 、Ay 3 mA Y时 ，可 认为 该监 测 点在 相邻两周期有 “ 较大位移” ；当 3 mx AX2 m A X 、3 m y A y 2 mAy时 ，可 认为 该监 测 点在 相邻 两周 期 有 “ 显 著 位 移 ” ；当 2 m X A X m A X 、2 mA y y mA Y时 ，可认 为 该 监 测 点在 相邻两周期有 “ 有 位移趋势” ；否则可认为该监测 点相邻两周期 “ 没有位移发生” ，即该监测点相邻 两周期的高程变化量不是变形引起的 ，可能由两期 观测 中出现 的误差 影 响 ，见 表 4 。 4 4 矿 业 工 程 第1 0 卷 第5 期 表 4水平位移监测点稳定性分析成 果 注 ：0 一较 大位移 ；1 一显著位移 ；2 一有位 移趋势 ；3 一没有 位 移 发 生 。 然而 ，当显著性水平 a取值不当或因观测误差 对数 值 的微小 影响 时 ，也 可能造 成误 判 。如 G P S 4 点中的 x轴及 GP S 3点中的 Y轴 ，其两期坐标差 与显 著性水 平 a值十 分接 近 ，如 果考虑 到 观测误 差 对其 数据 的正 负影 响不确 定 的情 况下 ，那 么有些 点 的水 平位 移监 测点稳 定性 情况就 不是 表 4所示 的结 果 ，G P S 4点 X轴 及 GP S 3点 Y 轴 的稳 定性 就 极 有可 能被 误判 ，即 G P S 4点 的 X轴 上 可能 会 有 显 著位 移 、G P S 3点 的 Y 轴上 可能有 位移趋 势 。 2 3误 差对变 形监 测垂 直位移 影 响的实例 分析 在 G P S定 位技术 中 ，其观 测数据 在 水平方 向 上的精度已相对较高 ，而其数据精度在垂直方向上 较弱 。采用 GP S定位 技术 对某边 坡 进行 变形 监 测 ， 该监 测采 用 4台 T r imb l e 5 7 0 0型 GP S接 收机进 行 观 测 ，GP S接 收 机 天 线 采 用 强 制 对 中 设 站 ，用 T r i mb l e 5 7 0 0型 GP S接 收 机 随机 所 带 的平 差 软 件 T GOf f ice进行 基 线解 算 ，采 用 了 G P S AD J 软 件 进 行 网平差 ，以 C、D 两 点 的 坐 标 为起 算 数 据 。 同 时 ，用 等几何水准测量各监测点的垂直位移量。 GP S变形监测 网的布设 见 图 2 ，为 了更好 的监 测边 坡 的稳定 性 ，须选取 一定 参考 点 作 为基 准 点 ，图 2 中 A 、B 、C 、D为边 坡 区外 的监测基 准点( 4个 基准点都相对稳定) ，1 1 2 点为变形监测点 。 D C 图 2 GP S变 形 监 测 网 由于变形监 测 网点用 G P S监测 的 同时也进 行 了 水准测量 ，所 以可将 G P S测得 的大地高 和正 常高进 行 比较 。以某一期 的观测 数据作为基准 ，见表 5 。 表 5 G P S大地高变形量与水准测量变形量比较差值 m m 点号 1 2 2 0 0 6 0 5 2 2 2 4 2 0 0 6 0 8 5 2 + 1 8 2 0 0 6 1 1 + 1 0 1 1 一 h GPS 一 h 一( HGP S HGP S ) 一 ( H书一 H水) ( 1 ) 根 据 式( 1 ) 可 得 一 ( H水一 HGP S) 一 ( H水一 HGP S ) 一 H一 H ，因 为 经 过 GP S接 收机 随机 所带 的平差 软件 T GOf f ice 进 行基 线解算 ， 采用 了 GP S AD J软 件 进 行 网平 差 ，以 C、D 两 点 的坐标 为起算 数据 ，其数 据处 理对 数据 误差一 般 较 小 ， 等几何 水准测 量 中各监 测点 的高 程是较 准 确 的 ，考 虑到水 准测量 中误 差 的影 响 ，其 个别 观测 点 的 GP S大地 高变 形 量 与水 准 测 量 变 形 量 比较 差值 存在较 大差 值 ，其 主要 原 因是 G P S定 位 中 误 差 的产生 ，是 GP S定 位 中产生 的误差 反应 。 O 6 8 2 O 1 一 十 一 1 7 4 1 O 1 一 一 3 1 O 2 0 2 + 一 十 7 o 0 4 2 3 O 一 一 一 3 3 0 1 0 + 十 4 7 6 3 3 1 一 一 十 6 6 8 3 0 l 一 一 一 7 8 4 O O O 一 + 一 0 6 4 3 2 3 一 一 一 8 6 1 1 3 5 一 一 一 第 1 O 卷第 5 期 2 0 1 2年 1 O月 矿 业 工 程 M in in g En g ine e r i ng 45 新型 2 DZ S Y A2 7 6 0振动筛实用考察 杨 光 ( 鞍 山钢铁 集 团公 司东鞍 山烧结 厂 ，辽 宁 鞍 山 1 1 4 0 0 1 ) 摘要 ：介绍 了破碎筛分工段采用 2 D Z S Y A2 7 6 0新 型振动筛 的现 况 ，通过对筛 子 的处 理量 、筛分效 率 、 作业 率等的考查 ，说 明该振 动筛 可较好适应东 鞍山烧结 厂筛 分作业 ，满足选矿生产 的需要 。 关键词 ：振动筛 ；筛分效率 ；作业率 中图分类号 ：TH 1 1 3 1 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0 ( 2 0 1 2 )0 5 0 0 4 5 0 3 1 简介 东鞍 山烧结 厂破碎 工艺 采用 三段 一闭 路 的流程 处理 东鞍 山铁 矿矿 石 ，处 理 能 力 为 6 7 0万 t a ( 湿 矿量 ) ，由采场 采 出的矿石 经过 电机 车运 输到破 碎 ， 粗破 碎采用 P XB 1 2 0 0 mm旋 回破 碎 机 ， 中破 碎 采用 两 台 H8 8 O 0 一MC型液压 圆锥破 碎 机 ，细破 碎 采用 3台 H8 8 0 0 一E F X 型 液 压 圆 锥 破 碎 机 ，振 动 筛采 用 鞍 山市 重 型机 械 厂 生产 的 6台 2 YA2 7 6 0圆 振动 筛 做 为 中 、细 破 碎 排 矿 的预 先 、检 查 筛 分 作 业。振动筛采用双层筛片，材质为聚氨酯 ，筛孔尺 寸上 层 为方形 孔 3 O mm3 0 mm，下 层为 矩形 孔尺 收稿 日期 ：2 O 1 2 一O 4 1 9 作者简介 ：杨光 ( 1 9 7 6 一) ，男 ( 汉族) ，辽宁凌源人，鞍 山钢铁 集团公司东鞍山烧结 厂工程师 。 3 结语 寸 为 1 4 mm 2 0 mm，筛 下 破 碎 产 品 的 质 量 为 一 1 2 mm含 量 达 到 9 O 9 5 ，由胶 带 运 输 机 送 选 矿 U 型矿槽 。 2 筛分作业 现状及存在 的问题 2 0 0 7年 破 碎 工 艺 经 改 造 后 ，通 过 生 产 运 行 ， 发现存在以下问题 ：1 )振动筛筛体强度低 ，出现 开裂 现象 ；2 )在 雨 、雪 季 节 料 潮粘 筛 板 ，下 料 困 难 ，需要工人抠筛板 ，工作强度大，危险性高 ，且 满足 不 了 3台球 磨生 产需求 ，造 成选 矿待料 情况 时 有发 生 。 3 新型振动筛与现使用振动筛对 比考察 东鞍 山烧 结 厂更 换 一 台 2 DZ S YA 2 7 6 0新 筛 子 进行 实验 ，生 产技术 室对 两种 振动 筛进行 了考 察 。 综上分析，可看出在其观测方程中必须加入各 种 必要 的误 差 改 正数 ，从 而 消 除或 减 弱 G P S定 位 中的误 差影 响 ；其 次 ，特 别 分 析 了 G P S定 位 中的 各 种误 差源 及其 消除 或减 弱误差 的方 法 ，只有 在充 分 了解其误差根本来源，才能更好的找出对应的方 法减小误差；从而使 GP S的各种优势在变形监测 中得 到 充分发 挥 。 参考文献 ： 1 杨小伟 GP S测 量误差来源 及削弱方法E J 科技资 讯 ， 2 0 1 0 ( 4 )： 1 5 2 3 P r o f N Ku l k a r n i C r u s t a l &d a m d e f o r ma t i o n s t u d i e s u s i n g G P S J 2 0 0 4 3 C o r b e t t S J