GPS靜態測量技術在碼頭變形監測中的應用

蘇治明

（廣州港工程管理有限公司，廣東廣州 510730）

GPS靜態測量技術在碼頭變形監測中的應用

蘇治明

（廣州港工程管理有限公司，廣東廣州 510730）

隨著測量技術的日新月異，全球定位系統GPS技術廣泛應用到工程測量中。由于GPS接收機具有體積小、重量輕、易于攜帶和高精度技術指標等特點，為工程測量帶來革命性的變化。本文先對GPS靜態相對定位原理、作用做一個介紹，然后結合廣州市南沙港區一期碼頭變形監測的項目中應用GPS靜態測量技術的情況，闡明在碼頭變形監測中運用GPS技術建立基準網并結合傳統的測量方法是一種行之有效方式。通過技術的使用，大大提高了監測效率，減少了工作量。

GPS 靜態測量 變形監測

在廣州市南沙港區一期碼頭的變形監測項目中，由于測區位于珠江三角洲地理幾何中心、廣佛經濟圈和珠三角西翼城市通向海洋的必由之路，項目碼頭作業區日夜不息，車水馬龍，極其繁忙，且變形監測點都分布于能及時反映碼頭變化的碼頭邊沿上，這就限定了測量人員不能長時間處于正在作業的吊機之下。如果采用傳統的測量方法，那么只能布設支導線或閉合導線的形式，不但網的幾何圖形強度差，而且其測量精度也難以保證。采用GPS技術建立基準網，可以改善基準網的幾何圖形，提高測量精度。但又由于現場條件的限制，無法利用GPS技術對所有的監測點進行監測。于是在本項目采用GPS技術+全站儀的監測方案，也就是使用GPS技術建立平面控制網，采用全站儀通過交會法或極坐標法對監測點進行監測。

1 GPS的靜態相對定位原理概述

GPS定位的基本原理是以GPS衛星至用戶接收機天線之間的距離為觀測量，根據已知的衛星瞬時坐標，利用空間距離后方交會，確定用戶接收機天線所對應的觀測站的位置。GPS靜態定位指接收機在定位過程中位置靜止不動。具體就是若干臺GPS接收機跟蹤GPS衛星信號所得的值，通過求差的方法，得出各觀測站間的坐標差（即基線向量）。然后根據已知點坐標和觀測站間的坐標差求得其他各測站點的坐標。靜態相對定位過程中可以消除或大幅度削弱誤差（如衛星鐘差、衛星星歷誤差、電離層誤差、電離層延遲、對流層誤差等）。靜態相對定位由于觀測時間長，各種誤差消除得比較充分，因而定位精度高。這種定位方式被廣泛應用于：建立和維持各種參考框架，測定板塊運動、地殼形變，布設各級控制網及進行高精度的工程測量。

表1 E級GPS觀測指標

表3 基準網復測結果表

2 在項目中使用GPS靜態測量技術

2.1 GPS基準網的布設與測量

根據南沙港區一期碼頭變形監測項目的需要和實際地形、通視條件和交通狀況，本次項目我們按照GPS測量精度的E級來測量。E級主要技術參數如表1所示。

由于項目監測點的沉降變化采用水準測量的方法，所以我們只要測得監測點的平面坐標即可，那么就要求至少需要兩個穩定的基準點平面坐標，于是我們選擇了新龍橋一側高坡上0903控制點（X：2504554.5090，Y：465084.5950）和碼頭側門外水閘旁N8控制點（X：2506614.4758，Y：465488.9605）。這兩個點遠離碼頭變形區域，保存良好，地質穩定。經檢驗，適合用于本次項目的基準點，其中B-8、B-9、1-6、1-7、1-10、1-12、1-16為工作基點，其基準網如圖1所示。

本項目采用6臺GPS接收機同步采用靜態相對定位方式進行觀測，數據采樣率為15s，觀測時間長度為60min至90min，觀測衛星數6至10顆，共觀測了24條基線，其中最短為269 m，最長的基線為2887m，各點保持對天空通視。現場操作流程嚴格按照《全球定位系統GPS測量規范》進行。

2.2 施測過程中采取的技術措施

（1）本次GPS網測量共聯測0903和N8這兩個已知控制點，這兩點相距較遠，精度不一樣，測設時間較久，所以要適時對它們進行可靠性檢驗。在實際作業中，采用坐標較差法對已知點進行檢驗。（2）測量過程中，由于碼頭吊機和船只的影響，個別點的觀測條件不佳或者GDOP接近6以及同步邊較長時，適當延長觀測時間，當GDOP起伏變化較大時，停止記錄數據，待到較為平穩時再進行觀測，保證基線向量精度。（3）測量結束后，對數據進行質量檢驗，繪制基線網觀測圖，及時計算異步環、同步環的閉合差，用以檢驗外業數據的可靠性。對于出現的閉合差超限等問題及時找出原因，必要時予以重測，保證網的整體質量。

2.3 GPS基準網的數據處理及平差解算

因儀器類型不一致，本次基準網觀測數據使用儀器隨機軟件下載后統一轉換為RINEX數據文件，轉換過的數據無任何丟失情況。通過使用天寶公司TTC軟件對數據進行解算，先輸入測站信息，設置好參數，然后進行基線解算，基線解算時首先對周跳進行修復，對周跳難以修復的按歷元進行必要的剔除，剔除率不大5%，直至所有環通過驗證，然后生成基線解文件。然后使用科傻平差軟件對生成的基線解文件進行三維平差和二維平差得到該基準網相關點的坐標。有關E級GPS基準網點位精度如表2所示，取2倍點位中誤差作為限差，表中x、y各方向中誤差（dx、dy）均未超過12/mm的限差，工作基點點位中誤差（dp）也滿足規范要求。

3 基準網的復測檢查

南沙港區一期碼頭變形監測項目分為四期，因此，為了保證基準網的穩定性，對基準網進行了復測。復測方法和前次測量一致，測量結果均以0903和N8為已知點控制點進行平差計算，表3對兩次測量平差結果進行了統計。

根據表3所列結果得知，各工作基點觀測值互差均小于12/mm，完全滿足三級變形監測的精度要求。

4 結語

GPS技術應用于變形監測具有速度快、精度高、不受氣候和通視條件種種因素的限制的優點，另外，GPS自動觀測能夠大大節省人力物力，使得變形監測更加自動化。全球定位系統（GPS）在變形監測中的應用對彌補傳統的變形監測方法的缺陷有著重要的意義。通過上述實例，在碼頭變形監測中運用GPS技術建立基準網結合傳統的全站儀測量方式是一種有效的方法，其精度完全滿足三級變形監測的要求。在碼頭變形監測中運用此方法，還需注意在建立基準網時，工作基點位置不僅需要考慮GPS規范的有關技術要求，而且應考慮后續全站儀測量時，工作基點至少應與一個其他工作基點保持通視，以便在測量變形點時進行角度和距離校核。

該碼頭變形監測采用GPS靜態測量方法進行布設基準網，摒除了傳統測量的觀測方法的復雜、數據分析處理麻煩、受外界因素干擾大的缺點，大大減少了測量人員的工作量、工作時間和技術力量的投入。通過使用基準網數據對碼頭變形監測進行了全面的測量，得到的變形數據，最終為碼頭公司運營和管理提供了參考依據。

［1］葛琴，何水娥.GPS靜態定位技術在平面控制測量中的應用.安徽地質，2012.3.

［2］王三兵.淺談GPS（全球定位系統）靜態控制測量技術.應用技術，2013.5.

［3］李征航，黃勁松.GPS測量與數據處理.武漢大學出版社，2005.3.