星间差分RTK PPP大型桥梁动态形变监测关键技术研究

Double difference (DD) GNSS has been applied in many huge bridges' monitoring. The DD has its limitations and disadvantages in some circumstance, e.g. the distance between the base station and the roving receivers, as well as natural disasters such as earthquakes, limit the applications of DD GNSS due to the failure to mitigate atmospheric and other error sources; the cost will increase for the reference station management. Satellite difference RTK PPP is going to be developed for bridge deformation, without reference station, in real time. This project includes the following topics and programmes: (1) The optimal filter model for the RTK PPP, applied in bridge deformation. Technologies could be summarized: Fractional-cycle biases (FCBs) are estimation; receiver clock error’s elimination; regional troposphere delay correction in filter. 2) satellite difference PPP ambiguity fixing in real time. Technologies could be summarized: matrix transformation in integral domain; ambiguity reliability assessment based on the hypothesis testing and f-distribution. This project will rich the methods of bridge monitoring by using GNSS. The usefulness in potential applications and its scientific significance are observably.

GNSS双差技术手段已广泛应用于大型桥梁的形变监测研究。双差技术有其自身的局限性，主要体现在：在诸如地震等自然灾害情景下，参考站失稳；形变解算精度受到参考站与监测站间距离的制约；参考站间的后期维护与管理加大监测成本等。本项目旨在利用星间差分RTK PPP技术为大型桥梁提供一种无需参考站的实时高精度形变监测手段。研究内容主要包括：（1）用于大型桥梁形变监测的星间差分RTK PPP实参数最优估计模型研究。主要包括卫星FCBs改正、接收机钟差消除、区域大气湿延迟约束改正等技术手段。（2）星间差分RTK PPP的整周模糊度实时固定研究。主要包括整数可允许变换、基于假设检验和F统计分布的模糊可靠性评估等技术手段。本课题的顺利开展可以丰富大型桥梁GNSS形变监测方法与手段，具有重要的实际使用价值和科学意义。

针对地震等地质灾害情况下，参考站不稳定导致双差监测失效问题，研究星间差分实时精密单点定位技术在大型桥梁（大型建筑物）形变监测方面的应用，扩展GNSS数据处理理论研究方向，具有重要的理论意义和实用价值。.在项目执行期，探索利用参考站的PPP技术实现大型桥梁复杂形变信息的实时提取，实现大型桥梁的无参站、实时、高频、高精度形变监测方法，丰富了大型桥梁形变监测GNSS数据处理方式。在实参数最优估计模型方面，成功估计了高频卫星钟改正数，提高了桥梁高频PPP形变时间序列精度。利用区域CORS站建模湿延迟改正，在此基础上改进PPP在形变监测应用中的收敛时间。在模糊度固定方面，在常规PPP依次固定宽巷、窄巷模糊度策略的基础上，采用星间单差观测值取代常规PPP的非差观测值，避免接收机钟差估计，提高待估参数的方差协方差矩阵质量，改进模糊度将相关效果。.本项目围绕研究内容开展实参数最优估计理论和PPP模糊度解算等方面工作。共发表学术论文7篇，SCI论文检索五篇，EI检索论文一篇；成功申请实用新型专利一项。三名博士研究生获项目资助并顺利毕业，取得英国诺丁汉大学博士学位。搭建了GNSS PPP软、硬件实时解算平台，解决了项目中的关键问题并开发对应的核心检测模块。.项目的成功开展和顺利执行，成功实现了无参考站的大型建筑物GNSS实时形变监测。同时研究成果还可以应用于大气水汽实时监测、GNSS实时预处理可以适用于未来PPP导航应用，在丰富GNSS数据处理理论方面具有重要的科学意义和现实的实用价值。