應用GPS技術的西寧某公路測量實施探討

張永明

摘要:本文基于筆者多年從事工程測量的相關工作經驗,以GPS在公路沉降測量中的應用為研究對象,論文首先概述了該工程的現狀,進而探討了GPS測量的實施步驟,在此基礎上,進行了精度分析,全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華,相信對同行能有所裨益。

關鍵詞:GPS公路控制測量精度

中圖分類號:TB22 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0070-02

1工程概述

西寧某高速公路全線采用雙向四車道全封閉高速公路標準建設,設計行車時速100公里/小時～120公里/小時。本人選取其中10km作為GPS沉降變形監測的工程項目,所處地形為平原和丘陵連接地帶,設計路基寬度26m。路線設計為四車道該段有11個各種系統的平面控制點,經過實地尋找,找出了5個。

在已找出的5個控制點中,國家測繪局系統一等點2個,二等點1個,城市測量系統點2個,這些平面控制點分屬不同測量系統,且等級不同。2010年9月,本人對其中 10km路段進行了測定,采用了GPS技術進行高程測量,并與用二等水準測量的高程數據進行比較和分析,在測量過程中有意識對GPS的高程進行了檢驗。

2工程實施過程

(1)觀測使用AshtechZ-X雙頻GPS接收機5臺,二等水準采用NAZ+GPM3型水準儀。并對兩種方法測量的成果進行分析,同時用全站儀檢驗了GPS點的坐標。

(2)GPS網采用靜態模式觀測,網形采用邊連式。觀測時最少衛星數5顆,存儲的限差:水平為±5mm,垂直為±10mm;水準測量參照二等水準的精度指標。

(3)在測區內l0km范圍內有GPS基準點7個,布設14個變形監測點,每個點監測1h～2h。

3精度分析

3.1 公路GPS變形監測網的精度分析

下面結合某高速公路的其中10km路段的變形監測網,對GPS基準網和監測網的精度進行分析,該路段沉降變形監測網,由7個基準點(JZ03、JZ06、JZ08、JZ09、JZ10、JZ18和JZ21)組成了GPS基準網;由14個監測點(BJ01、BJ02、BJ04、BJ05、BJ07、BJ11、BJ12、BJ13、BJ14、BJ15、BJ16、BJ17、BJ19、BJ20)組成了GPS監測網。通過長時間的精密水準觀測和基準分析,認定JGO3點是穩定的,把JZO3作為基準起算點,解算整個GPS網,GPS沉降變形監測網采用邊連接形式布設。

表1給出了GPS基準網基線解算的邊長中誤差。從表1中可以看出,GPS基準網的基線解算精度達到了毫米級。最大的基線邊長中誤差為5.7mm,最小的基線邊長中誤差為0.lmm。GPS基準網是在WGS－84坐標系下進行整體平差。平差時,固定具有精密WGS－84坐標的JG03點,以提高整個基準網的位置精度。平差后獲得其它基準點在WGS－84坐標系下的空間直角坐標、大地坐標和高斯平面直角坐標及相關精度信息。監測網的平差也在WGS－84坐標系下進行。經過平差后獲得監測點在WGS－84坐標系下的空間直角坐標、大地坐標及相關的精度信息;然后固定JGO3點和方向,在WGS－84坐標系的高斯平面上進行平差。平差后獲得變形監測點的高斯平面直角坐標、監測點間的平面邊長及其相關信息。

從GPS基準點和變形監測點的中誤差統計可以發現,高程分量的精度雖然不如南北和東西方向分量的精度,但也沒有超過6mm的,除了個別點因為周圍觀測條件的影響(特別是多路徑效應的影響)以及城區觀測環境的因素外,大多數都在4mm左右,是可以滿足沉降變形監測的需要。當然,如果在觀測過程中,采取更多的措施,比如,采集數據前,精確檢驗每個天線的相位中心位置,特別是垂直方向的差值;觀測時段增加到10h以上,同時擁有更多的同步觀測站點等,精度會更高,也是值得進一步考慮的(表2)。

3.2 沉降監測及與精密水準的一致性分析

比較GPS與全站儀2種方法的測量結果可以看出:在2種方法下測得的同一坐標之差的最大值分別為:△Xmax=4.0mm,△Ymax=5.0mm。

因此,GPS測量成果是精確可靠的,從下面定位精度一致性檢驗結果來看,GPS技術測量的點位精度可達毫米級,與全站儀測定結果符合得較好,可以較好地滿足公路變形監測的精度要求。

使用GPS測出變形監測點的高程,然后將GPS高程與水準高程進行比較,其比較結果具有很高的參考價值據。

計算得出,GPS高程與水準高程最大差值不超過5mm。GPS高程能滿足公路變形監測的精度要求。GPS的數據處理結果表明,在水平方向上的監測精度能達到毫米級,在豎直方向上的精也能達到毫米級。完全符合公路沉降變形監測的精度要求。下面表格中的數據是從工程實例中抽取具有代表性的公路GPS沉降變形監測點,并以此數據為例,對數據進行分析。

表3中僅列出了五個觀測周期的數據進行分析,從中可以看出,不同周期的數據有所變化,相鄰觀測周期之間的高程變化不大,到了監測后期變化甚小,趨于平穩狀態。也就是說,在公路剛剛進入運營階段,是最容易發生沉降變形的,因此,剛剛投入使用的公路,前期的維護和保養是相當關鍵的。

在此基礎上,筆者選擇工程中的部分變形監測點,繪制在公路使用過程中的高程變化趨勢圖。由于選取的變形監測點是隨機的,因此,該圖形可以代表該高速公路的其中10km路段的整體變化情況,可以清楚的看到,在公路使用前期,監測點隨時間呈下沉趨勢,而且下沉比較明顯。到了沉降監測后期,由于前期在沉降變形過程中,對公路進行了科學的維護和保養,路面結構穩定,強度較高,在后期的運營過程中,高程變化很小,相鄰觀測周期之間的高差趨于零。也就是說,通過工程實踐,可以認定鐵朝高速公路是穩定的。

參考文獻

[1] 宋宜容,陳廣峰.GPS應用于建筑物變形觀測的探討與展望[J].測繪通報,2008(6).

[2] 王繼衛,徐學輝,劉茂華.GPS在變形觀測中的應用[J].江西測繪,2006(4).

[3] 付宏平.GPS技術在山體滑坡變形監測中的應用[J].山西建筑,2008(24).

[4] 馬艷艷.全球定位系統(GPS)技術在水利工程中的應用[J].山東水利,2009(Z2).

[5] 邱斌,朱建軍,賀躍光.GPS在大地及工程變形觀測中的應用[J].礦冶工程,2002(2).

[6] 王顯奇,郭雙仁,胡賽花,等.GPS在冷水江滑坡變形觀測中的應用研究[J].國土資源導刊,2009(3).

[7] 張華海,王愛生.GPS變形監測網的動態數據處理[J].測繪學院學報,1999(1).

[8] 徐偉聲.GPS在工程變形監測中的應用[J].湖北民族學院學報(自然科學版),2009(1).