GPS技术在大连某公路工程中的应用研究

GPS技术在大连某公路工程中的应用研究作者：陈良俊闻竹
来源：《科技资讯》 2013年第10期
GPS技术在大连某公路工程中的应用研究
陈良俊闻竹
（大连市勘察测绘研究院有限公司辽宁大连 116021）
摘要：本文基于笔者多年从事GPS技术应用的相关工作经验，以基于GPS的公路工程监测为研究对象，探讨了其在某高速公路沉降变形监测中的应用思路，全文是笔者长期实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：GPS 沉降变形监测公路
中图分类号：TP3
文献标识码：A
文章编号：1672-3791(2013)04(a)-0000-00
1 工程概述
大连某高速公路全线采用双向四车道全封闭高速公路标准建设，设计行车时速100公里/小时至120公里/小时。

本人选取其中 10km作为GPS沉降变形监测的工程项目，所处地形为平原和丘陵连接地带，设计路基宽度26m。

路线设计为四车道该段有11个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了5个。

在已找出的5个控制点中，国家测绘局系统一等点2个，二等点1个，城市测量系统点2个，这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。

2010年9月，本人对其中 10km路段进行了测定，采用了 GPS技术进行高程测量，并与用二等水准测量的高程数据进行比较和分析，在测量过程中有意识对GPS的高程进行了检验。

2 工程实施过程
(1)观测使用AshtechZ-X双频GPS接收机5台，二等水准采用NAZ+GPM3型水准仪。

并对两种方法测量的成果进行分析，同时用全站仪检验了GPS点的坐标。

(2)GPS网采用静态模式观测，网形采用边连式。

观测时最少卫星数5颗，存储的限差:水平为±5mm，垂直为±10mm；水准测量参照二等水准的精度指标。

(3)在测区内l0km范围内有GPS基准点7个，布设14个变形监测点，每个点监测1～2h。

3 精度分析
3.1测区GPS沉降变形监测网的精度分析
下面结合某高速公路的其中10km路段的变形监测网，对GPS基准网和监测网的精度进行分析，该路段沉降变形监测网，由7个基准点(JZ03、JZ06、JZ08、JZ09、JZ10、JZ18和JZ21)组成了GPS基准网；由14个监测点(BJ01、BJ02、BJ04、BJ05、BJ07、BJ11、BJ12、BJ13、BJ14、BJ15、BJ16、BJ17、BJ19、BJ20)组成了 GPS监测网。

通过长时间的精密水准观测和基准分析，认定JGO3点是稳定的，把JZO3作为基准起算点，解算整个GPS网，GPS沉降变形监测网采用
边连接形式布设。

表1给出了GPS基准网基线解算的边长中误差。

从表1中可以看出，GPS基准网的基线解
算精度达到了毫米级。

最大的基线边长中误差为5.7mm，最小的基线边长中误差为0.lmm。

GPS
基准网是在WGS－84坐标系下进行整体平差。

平差时，固定具有精密WGS－84坐标的JG03点，以提高整个基准网的位置精度。

平差后获得其它基准点在WGS－84坐标系下的空间直角坐标、
大地坐标和高斯平面直角坐标及相关精度信息。

监测网的平差也在WGS－84坐标系下进行。

经
过平差后获得监测点在WGS－84坐标系下的空间直角坐标、大地坐标及相关的精度信息；然后
固定JGO3点和方向，在WGS－84坐标系的高斯平面上进行平差。

平差后获得变形监测点的高斯平面直角坐标、监测点间的平面边长及其相关信息。

从GPS基准点和变形监测点的中误差统计可以发现，高程分量的精度虽然不如南北和东西
方向分量的精度，但也没有超过6mm的，除了个别点因为周围观测条件的影响(特别是多路径效应的影响)以及城区观测环境的因素外，大多数都在4mm左右，是可以满足沉降变形监测的需要。

当然，如果在观测过程中，采取更多的措施，比如，采集数据前，精确检验每个天线的相位中
心位置，特别是垂直方向的差值；观测时段增加到10h以上，同时拥有更多的同步观测站点等，精度会更高，也是值得进一步考虑的。

3.2沉降监测及与精密水准的一致性分析
通过表3比较GPS与全站仪2种方法的测量结果可以看出:在2种方法下测得的同一坐标之差的最大值分别为: △Xmax=4.0mm，△Ymax=5.0mm。

因此，GPS测量成果是精确可靠的，从下面定位精度一致性检验结果来看，GPS技术测量的点位精度可达毫米级，与全站仪测定结果符合得较好，可以较好地满足公路变形监测的精度要求。

使用GPS测出变形监测点的高程，然后将GPS高程与水准高程进行比较，其比较结果具有
很高的参考价值，表4是工程中的一部分数据。

可以看出，GPS高程与水准高程最大差值不超过5mm。

GPS高程能满足公路变形监测的精度
要求。

GPS的数据处理结果表明，在水平方向上的监测精度能达到毫米级，在竖直方向上的精
也能达到毫米级。

完全符合公路沉降变形监测的精度要求。

下面表格中的数据是从工程实例中
抽取具有代表性的公路GPS沉降变形监测点，并以此数据为例，对数据进行分析。

表5中仅列出了五个观测周期的数据进行分析，从中可以看出，不同周期的数据有所变化，相邻观测周期之间的高程变化不大，到了监测后期变化甚小，趋于平稳状态。

也就是说，在公
路刚刚进入运营阶段，是最容易发生沉降变形的，因此，刚刚投入使用的公路，前期的维护和
保养是相当关键的。

表5 不同时期高程统计表
在此基础上，笔者选择工程中的部分变形监测点，绘制在公路使用过程中的高程变化趋势图。

由于选取的变形监测点是随机的，因此，该图形可以代表该高速公路的其中10km路段的整
体变化情况，可以清楚的看到，在公路使用前期，监测点随时间呈下沉趋势，而且下沉比较明显。

到了沉降监测后期，由于前期在沉降变形过程中，对公路进行了科学的维护和保养，路面
结构稳定，强度较高，在后期的运营过程中，高程变化很小，相邻观测周期之间的高差趋于零。

也就是说，通过工程实践，可以认定该高速公路是稳定的。

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