采用CORS系統(tǒng)對307國道復線運行期間的監(jiān)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(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

1 監(jiān)測目的

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)。

2 傳統(tǒng)監(jiān)測方法及其缺點

2.1 傳統(tǒng)監(jiān)測方法

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。

2.2 傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺點

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。

2.3 采用CORS系統(tǒng)進行監(jiān)測的優(yōu)點

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。

3 觀測點的布設

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。

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(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 iCORS系統(tǒng)的精度情況

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。

4.3 下沉監(jiān)測成果分析

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。

5 結論

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。

[1]劉基余.GPS衛(wèi)星導航定位原理與方法[M].科學出版社，2003.

[2]王廣運，郭秉義，等.差分GPS定位技術與應用[M].電子工業(yè)出版社，1996.

[3]李成鋼.基于多基站網(wǎng)絡的VRS技術及其誤差分析與建模.碩士學位論文.西南交通大學，2003.

[4]劉業(yè)光，歐海平.GPS網(wǎng)絡RTK虛擬參考站技術在廣州的應用前景初探[J].城市勘測，2002，2：5-8.

[5]王志豪.虛擬參考站技術在工程測量中的應用[J].測繪通報，2004，11.

[6]楊小軍.虛擬參考站VRS技術與差分改正信息的研究[D].西南交通大學，2005.

[7]唐文剛，王建輝，金元德.虛擬參考站系統(tǒng)的設計與建立[J].現(xiàn)代測繪，2004，27(2)：13-15.

[8]吳俐民，陳云波，丁仁軍.昆明市連續(xù)運行GPS參考站系統(tǒng)的建設及應用[J].城市勘測，2005(5)：8-10.