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北斗GNSS技术在公路变形监测中的应用


北斗GNSS技术在公路变形监测中的应用

 

来源:网络GNSS是目前测量技术的重要手段,在实践中发挥着日益重要的作用。本文对GNSS测量原理以及在公路变形监测中GNSS的应用,并在此基础上研究了公路变形监测中GNSS方式。旨在完善GNSS在公路变形测量中的运作要点,提升监测有效性。

 

随着我国信息化、自动化的不断发展,在对公路的测量方面也有了质的飞跃。公路变形会影响到使用安全性,因此变形测量必须保障有效程度。本文以公路测量中GNSS的运用为主线,现做出如下分析:

 

 

一、GNSS测量原理分析


GNSS实际上是一种定位技术,其与GPS不同,GNSS在范围上范围广泛,包含了所有卫星导航系统,例如欧洲的Galileo、俄罗斯的Glonass、美国的GPS、我国的北斗卫星导航系统。同时,GNSS还包含了一些相关性的增强系统,例如欧洲静地导航冲重叠系统(EGNOS)、美国广域增强系统(WAAS)以及日本的多功能运输卫星增强系统(MSAS)。换言之,国际GNSS是一盒层面多、系统多、模式多且组合复杂的系统。

 

在测量原理方面,GNSS系统的测量类似于后方交会技术。例如在需要测量公路时,可以在目标位置点将GNSS接收机架设好,选定某一时间点同时接受3颗卫星信号,通过卫星到站点距离的测量了解其集合距离,之后可利用后方交会理论将测量点的三维坐标表示出来,同时发射导航电文以及测距信号,其中卫星位置相关信息会包含在导航电文中。

 

简单来说,测量人员在使用GNSS过程中,通过测量目标区域与三颗卫星之间的距离便可得出GNSS卫星空间坐标,从而可实现对测站位置信息的求解。在公路变形测量中,测量人员同样可利用GNSS原理,检测公路是否存在沉降等不良情况。

 

二、在公路变形监测中GNSS的应用


变形监测主要指的是物体的使用过程中由于应力等因素影响造成的形态变化,对于公路而言更易由于荷载或是本身修建因素造成沉降变形等现象。实际上,变形监测也包含了建筑物,例如水库、大桥等,对于物体的沉降、变形、位移方面的测量效果较好。

 

在公路变形监测中,基本监测技术会运用到水准测量方式,了解公路是否存在沉降情况。由于新疆地区本身土壤状态影响,公路在使用一段时间后可能由于车辆荷载力造成一定程度的沉陷,若没有及时发现可能造成公路路面受损引发交通事故危险。另外,监测也可以利用角度交汇或是三角测量方式了解公路建设过程中是否存在变形情况,若发生了整体倾斜或是位移可及时调整,避免公路建设出现偏差。

 

对于公路监测而言,通常存在目标占地面积大、监测环境较恶劣、复杂以及检测技术要求偏高情况,因此若在对公路变形监测上采用常规方式并不能够有效保障监测有效性,且劳动强度较大,需要监测人员花费大量时间去投入,在自动化方面处于欠缺状态。

 

但若运用了GNSS技术,由于这类技术在定位上精确度高,且不需要通视,能够全天不间断持续工作,因此在操作上能够极大节省劳动力并将监测提升到自动化程度。研究发现,在采用了GNSS实施水平位移观测时,能够有效发现公路变形在2厘米以内的位移矢量;即使在高程测量下也能够将精度控制在10厘米之内。

 

换言之,在较大型监测中,GNSS的作用发挥效力更强,应用范围也更广泛。因此对于公路而言,其变形监测利用GNSS技术是完全可行的,并且在操作上更为简单便捷,减少了操作人员劳动强度。加上这种技术在使用中受天气影响程度较小,因此能够实现全天候作业监测,极大提升了监测效率。

 

 

三、公路变形监测中GNSS方式分析


动态测量方式


动态测量能够被分为实时动态测量以及准动态测量两种,其中实时测量可以被称作RTK测量,是一种建立在载波相位观测基础上的测量技术。操作方面,测量人员首先需要在目标监测公路上安置移动观测GNSS接收机,在基准站上安置GNSS接收机用于连续监测可见卫星。

 

同时将观测得到的数据信息利用无线电传输方式传输到移动观测接收机(位于目标测量公路)上。当接收机收到信号时,能够利用差分定位原理以及基准观测到的实际数据在当下通过计算程序计算出监测点的精度以及三维坐标,对于公路监测而言精度能够达到5毫米,实际操作中精度最低达到了2厘米。另外,若监测方投入力度较大,可实现监测点与基准点之间存在5颗以上卫星时,监测精度能够达到2厘米甚至1厘米。

 

静态测量方式


将至少3台的GNSS接收机同时放在目标监测公路上,在同一时间段展开监测。通常情况下,监测需要持续花费1-2小时之间不等,构网采用边连接方式,对基线的解算采用后处理软件完成,三维坐标的计算利用评查计算方式进行。在这种静态测量方式下,公路变形状态监测的精度相对较高,且能够有效适用于长边测量,侧边相对精度大致在10-9左右。

 

快速静态测量法


快速静态测量法相对而言更适应于对监测点的监测。操作方面,将两台接收机安放在基准点上,以固定模式进行持续性的观测。另设置1-4台接收机在监测点上移动,每隔两秒时间采样一次,由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z 和接收机的钟差Vto。

 

由GNSS原理可知,当卫星不间断的将数据信号发送给接收机后,接收机接收到相关公路变形信息。此时操作系统能够自动将公路测量点的位置信息表示出来并计算出其三维方向以及三维位置。经过对比,监测人员便可发现公路是否存在变形状态。

 

GNSS技术在公路变形中的监测具有速度快、劳动强度小、精度高等特点,并且较少受到气候、环境因素影响,可保障监测效率。实践证明,在公路变形测量中利用这一技术可弥补传统测量的缺陷,减少误差。相关人员在技术运用上还应加大投入,进一步提升监测有效性。

 

另外,这种监测方式更适应于公路这类测量范围广、环境相对恶劣的情况,在测量过程中不需要测量点之间能够相互通视,只需要观测点的上空处于开阔形态即可,因此在费用方面节省较高。在实际测量过程中,公路变形监测点的位置能够自行设定,例如监测点的位置以及之间距离等,可省掉过渡点以及传算点的测量工作。因此GNSS技术适合在公路变形监测中推广使用。

 

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