采用CORS系統對307國道復線運行期間的監測研究

劉 軍

陽泉新宇巖土工程有限責任公司，山西陽泉 045000

0 引言

隨著GPS技術的飛速進步和通信技術、信息技術以及計算機技術的迅速發展，我國已有不少城市建立了利用多基站網絡RTK技術的連續運行參考站系統（CORS）。該基站占地小、結構簡單、投資少、網絡覆蓋面積大，并且易于管理和維護，不僅可以單基站使用，還可以并網形成多基站連續運行基準站網系統，可以為測繪工程提供高精度、不間斷的定位服務，還可以為社會各行業提供迅速、可靠、有效的各種數據服務。

2007年，陽泉新宇巖土工程有限責任公司與北京合眾思壯公司強強聯合，引進其研發的ICORS系統，目前已經建成單基站并投入運行。單基站系統由基站、服務器、網絡通信模塊和流動站組成。陽泉新宇巖土工程有限責任公司基站采用阿斯泰克GPS接收機，網絡通信采用GPRS/CDMA數傳終端模塊，流動站采用合眾思壯E650接收機。本次ICORS系統的建設尚處于實驗階段，為了方便系統的維護和管理，按照參考站選址原則，經過反復考察和論證，確定參考站的具體位置位于公司東樓樓頂。周圍環境空曠，視野開闊，便于GPS接收機和通訊設備的安裝，滿足參考站建設條件，基站觀測墩采用一體式觀測墩（見基站建成效果圖）。該單基站CORS基站點的平面位置按D級點精度、高程按四等水準精度要求施測，平面采用1954北京坐標系，高程采用1985國家高程基準。

陽泉地區地下煤炭儲量豐富，隸屬于沁水煤田，是全國最大無煙煤生產基地。多年來，由于地下煤炭資源的開采，在陽泉地區呈現出數百平方公里的采空區，在獲得較大經濟利益的同時，給城市建設帶來巨大的影響，由于受條件限制，2007年底建成通車的307國道復線有百分之五十的路段修建在采空區上方，307國道復線（北外環）工程是陽泉公路建設史上投資最多、地質條件最復雜、采空區里程最長、滑坡處理最難、意義最為深遠的一項建設工程，在全線28.8公里道路上共需架橋12座，筑涵洞45道，打隧道兩個，在工程建設期間，除一些橋涵進行了地基注漿加固處理外，其余路段均未對采空區進行治理。

基準站建成效果圖

1 監測目的

為了改善市區環境，解決交通擁堵問題，擴展城市空間，307國道復線建成通車，但受城市地區空間條件限制，使得運行后的路面沉降監測成為必然，通過對運行承載后道路的沉降監測：

1）可以及時掌握道路通車運行后的路面沉降情況，為承載后道路地基的穩定情況提供依據；

2）為已進行采空區加固處理路段的地基穩定性提供依據和評價；

3）及時獲得未加固治理采空區上方路段的地基沉降情況提供依據；

4）為獲得路基沉降穩定期提供依據；

5）為未來陽泉地區類似道路建設或工業建筑提供依據。

2 傳統監測方法及其缺點

2.1 傳統監測方法

通常采用的地面沉降監測方法有：

1）在觀測區域布設水準觀測點，按照一定等級進行觀測，監測地面的沉降變形；

2）在觀測區域布設監測點，采用三角高程的方法定期監測變形情況；

3）在地面沉降區或附近，設立相對沉降、孔隙水壓力和基巖等標志，監測各巖土層和含水層的變形及地下水位動態變化，以便深入研究其規律，為地面沉降監測提供依據；

4）監測地下水含水層的抽排量，回灌量及地下水位的變化，監測路面沉降的變形。

2.2 傳統監測方法的缺點

在傳統的沉降監測方法中，前兩種是最常見的觀測方法，尤其是水準測量精度儲備可觀，能完全滿足路面沉降監測的需要，但是基于道路運行通車后，采用傳統的方法進行沉降監測存在一定的弊端，主要表現為以下兩個方面：

1）存在較大的不安全因素。運行通車后，大量的較大噸位的運輸車輛全部繞行307國道復線，每天平均車流量達3000多輛，給常規的沉降監測方法帶來極大困難；

2）經濟效益差。采用常規的監測方法對道路進行觀測，需要投入大量的人力、物力、工時，相對成本高，效益較低。

2.3 采用CORS系統進行監測的優點

采用Cors系統進行沉降監測的優點主要體現在以下幾個方面：

1）在以基站為中心所覆蓋測區或研究區域的某一半徑范圍內求定轉化參數后，進行周期性觀測時，無需與基礎控制點聯測；

2）野外數據采集無需架設腳架，只要一個人就可以完成。減少了占用道路的時間，減小了不安全因素，節約了大量的人力和工時，提高了經濟效益；

3）不存在系統誤差的影響，消除了因人為讀數、溫度、天氣等因素變化引起的誤差，精度相對穩定。

3 觀測點的布設

結合現場實際情況，根據采空區已治理與未治理路段，在307國道復線中心路段布設監測點63個，約每150m左右打入鋼釘作為標志點，并編號。

4 成果資料分析

4.1 誤差主要來源

GPS測量是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的偽距離，然后綜合多顆衛星同一時間的數據，采用空間距離后方交會方法，來確定地面點的三維坐標。因此主要誤差來源可分為：與GPS衛星有關的誤差；與衛星信號的傳播過程有關的誤差；與接收設備有關的誤差。

1）與衛星有關的誤差主要有：

（1）衛星星歷誤差；

（2）衛星鐘誤差；

（3）SA干擾誤差；

（4）相對論效應影響。

2）與信號傳播有關的誤差主要有：

（1）電離層折射；

（2）對流層折射；

（3）多路徑誤差。

3）與GPS 接收設備有關的誤差

（1）接收機鐘誤差；

（2）接收機的位置誤差；

（3）天線相位中心位置的偏差；

（4）GPS天線相位中心的偏差。

4.2 iCORS系統的精度情況

4.2.1 iCORS系統標稱精度

iCORS系統標稱定位的精度（或準確度），平面為：10mm+（1～2）×10-6D，高程為：15～20mm+2×10-6D。

轉換參數帶來的誤差

4.2.2 測試精度情況

iCORS系統單機站建成后，以機站為中心，分別對半徑約為：10km、20km和30km的固定觀測標志或原有的國家等級控制點進行定期的數據采集，并實時進行分析，發現本系統高程精度可達到15mm～20mm。

4.3 下沉監測成果分析

通過對307國道復線進行了六次定期監測，由下沉監測成果表可以看出，投入運行后的307國道復線，剛通車時由于大車的碾壓，發現有下沉趨勢，進過一段時間的碾壓，路面趨于穩定，未發現有下沉。從監測表中可以看出，最大下沉量為36.8mm踢出儀器本身的誤差，可以認為307國道復線路基穩定，沒有發生下沉。

5 結論

ICORS系統的出現，標志著高精度GPS的發展進入了一個新的階段。通過實踐可以證明，采用單基站系統可以提高作業效率，降低成本，減輕工作人員內外業的勞動強度。陽泉市連續運行衛星定位系統建成之后，用戶只需要購置一臺流動站，就可以滿足城市測繪、工程測量、地籍測量等測繪工程，但在精度要求高如沉降監測、巖移觀測中，使用傳統的觀測方法精度較高。

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