劉 軍
陽泉新宇巖土工程有限責任公司,山西陽泉 045000
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(fā)展,我國已有不少城市建立了利用多基站網(wǎng)絡RTK技術的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(CORS)。該基站占地小、結構簡單、投資少、網(wǎng)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(wǎng)形成多基站連續(xù)運行基準站網(wǎng)系統(tǒng),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(yè)提供迅速、可靠、有效的各種數(shù)據(jù)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(lián)合,引進其研發(fā)的ICORS系統(tǒng),目前已經(jīng)建成單基站并投入運行。單基站系統(tǒng)由基站、服務器、網(wǎng)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(wǎng)絡通信采用GPRS/CDMA數(shù)傳終端模塊,流動站采用合眾思壯E650接收機。本次ICORS系統(tǒng)的建設尚處于實驗階段,為了方便系統(tǒng)的維護和管理,按照參考站選址原則,經(jīng)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(huán)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(qū)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(qū)呈現(xiàn)出數(shù)百平方公里的采空區(qū),在獲得較大經(jīng)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(qū)上方,307國道復線(北外環(huán))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(qū)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(qū)進行治理。
基準站建成效果圖
為了改善市區(qū)環(huán)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(qū)空間條件限制,使得運行后的路面沉降監(jiān)測成為必然,通過對運行承載后道路的沉降監(jiān)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(wěn)定情況提供依據(jù);
2)為已進行采空區(qū)加固處理路段的地基穩(wěn)定性提供依據(jù)和評價;
3)及時獲得未加固治理采空區(qū)上方路段的地基沉降情況提供依據(jù);
4)為獲得路基沉降穩(wěn)定期提供依據(jù);
5)為未來陽泉地區(qū)類似道路建設或工業(yè)建筑提供依據(jù)。
通常采用的地面沉降監(jiān)測方法有:
1)在觀測區(qū)域布設水準觀測點,按照一定等級進行觀測,監(jiān)測地面的沉降變形;
2)在觀測區(qū)域布設監(jiān)測點,采用三角高程的方法定期監(jiān)測變形情況;
3)在地面沉降區(qū)或附近,設立相對沉降、孔隙水壓力和基巖等標志,監(jiān)測各巖土層和含水層的變形及地下水位動態(tài)變化,以便深入研究其規(guī)律,為地面沉降監(jiān)測提供依據(jù);
4)監(jiān)測地下水含水層的抽排量,回灌量及地下水位的變化,監(jiān)測路面沉降的變形。
在傳統(tǒng)的沉降監(jiān)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(jiān)測的需要,但是基于道路運行通車后,采用傳統(tǒng)的方法進行沉降監(jiān)測存在一定的弊端,主要表現(xiàn)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(guī)的沉降監(jiān)測方法帶來極大困難;
2)經(jīng)濟效益差。采用常規(guī)的監(jiān)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。
采用Cors系統(tǒng)進行沉降監(jiān)測的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1)在以基站為中心所覆蓋測區(qū)或研究區(qū)域的某一半徑范圍內求定轉化參數(shù)后,進行周期性觀測時,無需與基礎控制點聯(lián)測;
2)野外數(shù)據(jù)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(jié)約了大量的人力和工時,提高了經(jīng)濟效益;
3)不存在系統(tǒng)誤差的影響,消除了因人為讀數(shù)、溫度、天氣等因素變化引起的誤差,精度相對穩(wěn)定。
結合現(xiàn)場實際情況,根據(jù)采空區(qū)已治理與未治理路段,在307國道復線中心路段布設監(jiān)測點63個,約每150m左右打入鋼釘作為標志點,并編號。
GPS測量是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的偽距離,然后綜合多顆衛(wèi)星同一時間的數(shù)據(jù),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(wèi)星有關的誤差;與衛(wèi)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(wèi)星有關的誤差主要有:
(1)衛(wèi)星星歷誤差;
(2)衛(wèi)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。
4.2.1 iCORS系統(tǒng)標稱精度
iCORS系統(tǒng)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(shù)帶來的誤差
4.2.2 測試精度情況
iCORS系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集,并實時進行分析,發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)高程精度可達到15mm~20mm。
通過對307國道復線進行了六次定期監(jiān)測,由下沉監(jiān)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(fā)現(xiàn)有下沉趨勢,進過一段時間的碾壓,路面趨于穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)有下沉。從監(jiān)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(wěn)定,沒有發(fā)生下沉。
ICORS系統(tǒng)的出現(xiàn),標志著高精度GPS的發(fā)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(tǒng)可以提高作業(yè)效率,降低成本,減輕工作人員內外業(yè)的勞動強度。陽泉市連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)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(jiān)測、巖移觀測中,使用傳統(tǒng)的觀測方法精度較高。
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