APP下载

广东某公路工程变形监测技术研究

2016-05-30唐吉林

科技资讯 2016年12期
关键词:变形监测沉降公路

唐吉林

摘 要:本文基于笔者多年从事公路工程勘察测量的相关工作经验,探讨了GPS在公路工程勘测中的应用,论文首先分析了GPS变形监测的方法,进而结合具体的工程案例,分析了工程实施的过程和精度分析的结果,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:U416 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)04(c)-0000-00

1 GPS变形监测方法

1.1 全天候、实时监测方法

对于高等级的公路,由于其使用频率较大,需要实时了解其变化状态,以便及时采取措施,保证人民生命财产的安全,可采用全天候实时监测方法,即GPS自动化监测系统。该系统的精度可按要求设定,最高监测精度可达亚毫米级。系统响应速度快,从控制中心敲击键盘开始,10分钟内可以了解5~10个监测点的实时变化情况。

1.2 定期监测方法

该方法是最常用的方法,本文主要介绍静态测量法,快速静态测量法,以静态测量法为主:

(1)静态测量法:静态测量法,就是把多于3台GPS接收机同时安置在观测点上同步观测一定时段,一般为1小时至2小时不等,用边连接方法构网,用后处理软件解算基线,经平差计算求定观测点三维坐标,这种方法定位精度较高。

(2)快速静态测量法:这种方法尤其适用于对监测点的观测。其工作原理是:

把两台GPS接收机安置在基准点上固定不动连续观测,另1~4台接收机在监测点上移动,每次观测5-10分钟(采样间隔为2秒),经事后处理,解算出各监测点的三维坐标,根据各次观测解算出的三维坐标精度为:水平位移±3-±5mm,垂直位移±5-±8mm。若距离大于3km,水平精度为5mm+1ppm.D,垂直精度为8mm+1ppm.D。为了与传统的变形监测方法进行比较分析,可以用下图所示进行方案比选或共同采用。

2 工程概述

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。

3 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,網形采用边连式。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。

4 精度分析

4.1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。

4.2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。

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4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。

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,可以认定铁朝高速公路是稳定的。

参考文献

[1] 宋宜容,陈广峰. GPS应用于建筑物变形观测的探讨与展望[J]. 测绘通报. 2008(06)

[2] 王继卫,徐学辉,刘茂华. GPS在变形观测中的应用[J]. 江西测绘. 2006(04)

[3] 付宏平. GPS技术在山体滑坡变形监测中的应用[J]. 山西建筑. 2008(24)

[4] 马艳艳. 全球定位系统(GPS)技术在水利工程中的应用[J]. 山东水利. 2009(Z2)

猜你喜欢

变形监测沉降公路
我国建成第三条穿越塔克拉玛干沙漠公路
“十四五”浙江将再投8000亿元修公路新增公路5000km
公路断想
公路造价控制中的预结算审核
GPS在高层建筑变形监测中的应用
深基坑工程施工安全监测与预警
论述道路桥梁沉降段路基路面施工技术
浅析高层建筑沉降测量技术及质量控制
GPS在变形监测中的研究与应用
电力铁塔运行状态智能在线监测的研究及应用