GPS静态测量技术在码头变形监测中的应用

苏治明

（广州港工程管理有限公司，广东广州 510730）

GPS静态测量技术在码头变形监测中的应用

苏治明

（广州港工程管理有限公司，广东广州 510730）

随着测量技术的日新月异，全球定位系统GPS技术广泛应用到工程测量中。由于GPS接收机具有体积小、重量轻、易于携带和高精度技术指标等特点，为工程测量带来革命性的变化。本文先对GPS静态相对定位原理、作用做一个介绍，然后结合广州市南沙港区一期码头变形监测的项目中应用GPS静态测量技术的情况，阐明在码头变形监测中运用GPS技术建立基准网并结合传统的测量方法是一种行之有效方式。通过技术的使用，大大提高了监测效率，减少了工作量。

GPS 静态测量 变形监测

在广州市南沙港区一期码头的变形监测项目中，由于测区位于珠江三角洲地理几何中心、广佛经济圈和珠三角西翼城市通向海洋的必由之路，项目码头作业区日夜不息，车水马龙，极其繁忙，且变形监测点都分布于能及时反映码头变化的码头边沿上，这就限定了测量人员不能长时间处于正在作业的吊机之下。如果采用传统的测量方法，那么只能布设支导线或闭合导线的形式，不但网的几何图形强度差，而且其测量精度也难以保证。采用GPS技术建立基准网，可以改善基准网的几何图形，提高测量精度。但又由于现场条件的限制，无法利用GPS技术对所有的监测点进行监测。于是在本项目采用GPS技术+全站仪的监测方案，也就是使用GPS技术建立平面控制网，采用全站仪通过交会法或极坐标法对监测点进行监测。

1 GPS的静态相对定位原理概述

GPS定位的基本原理是以GPS卫星至用户接收机天线之间的距离为观测量，根据已知的卫星瞬时坐标，利用空间距离后方交会，确定用户接收机天线所对应的观测站的位置。GPS静态定位指接收机在定位过程中位置静止不动。具体就是若干台GPS接收机跟踪GPS卫星信号所得的值，通过求差的方法，得出各观测站间的坐标差（即基线向量）。然后根据已知点坐标和观测站间的坐标差求得其他各测站点的坐标。静态相对定位过程中可以消除或大幅度削弱误差（如卫星钟差、卫星星历误差、电离层误差、电离层延迟、对流层误差等）。静态相对定位由于观测时间长，各种误差消除得比较充分，因而定位精度高。这种定位方式被广泛应用于：建立和维持各种参考框架，测定板块运动、地壳形变，布设各级控制网及进行高精度的工程测量。

表1 E级GPS观测指标

表3 基准网复测结果表

2 在项目中使用GPS静态测量技术

2.1 GPS基准网的布设与测量

根据南沙港区一期码头变形监测项目的需要和实际地形、通视条件和交通状况，本次项目我们按照GPS测量精度的E级来测量。E级主要技术参数如表1所示。

由于项目监测点的沉降变化采用水准测量的方法，所以我们只要测得监测点的平面坐标即可，那么就要求至少需要两个稳定的基准点平面坐标，于是我们选择了新龙桥一侧高坡上0903控制点（X：2504554.5090，Y：465084.5950）和码头侧门外水闸旁N8控制点（X：2506614.4758，Y：465488.9605）。这两个点远离码头变形区域，保存良好，地质稳定。经检验，适合用于本次项目的基准点，其中B-8、B-9、1-6、1-7、1-10、1-12、1-16为工作基点，其基准网如图1所示。

本项目采用6台GPS接收机同步采用静态相对定位方式进行观测，数据采样率为15s，观测时间长度为60min至90min，观测卫星数6至10颗，共观测了24条基线，其中最短为269 m，最长的基线为2887m，各点保持对天空通视。现场操作流程严格按照《全球定位系统GPS测量规范》进行。

2.2 施测过程中采取的技术措施

（1）本次GPS网测量共联测0903和N8这两个已知控制点，这两点相距较远，精度不一样，测设时间较久，所以要适时对它们进行可靠性检验。在实际作业中，采用坐标较差法对已知点进行检验。（2）测量过程中，由于码头吊机和船只的影响，个别点的观测条件不佳或者GDOP接近6以及同步边较长时，适当延长观测时间，当GDOP起伏变化较大时，停止记录数据，待到较为平稳时再进行观测，保证基线向量精度。（3）测量结束后，对数据进行质量检验，绘制基线网观测图，及时计算异步环、同步环的闭合差，用以检验外业数据的可靠性。对于出现的闭合差超限等问题及时找出原因，必要时予以重测，保证网的整体质量。

2.3 GPS基准网的数据处理及平差解算

因仪器类型不一致，本次基准网观测数据使用仪器随机软件下载后统一转换为RINEX数据文件，转换过的数据无任何丢失情况。通过使用天宝公司TTC软件对数据进行解算，先输入测站信息，设置好参数，然后进行基线解算，基线解算时首先对周跳进行修复，对周跳难以修复的按历元进行必要的剔除，剔除率不大5%，直至所有环通过验证，然后生成基线解文件。然后使用科傻平差软件对生成的基线解文件进行三维平差和二维平差得到该基准网相关点的坐标。有关E级GPS基准网点位精度如表2所示，取2倍点位中误差作为限差，表中x、y各方向中误差（dx、dy）均未超过12/mm的限差，工作基点点位中误差（dp）也满足规范要求。

3 基准网的复测检查

南沙港区一期码头变形监测项目分为四期，因此，为了保证基准网的稳定性，对基准网进行了复测。复测方法和前次测量一致，测量结果均以0903和N8为已知点控制点进行平差计算，表3对两次测量平差结果进行了统计。

根据表3所列结果得知，各工作基点观测值互差均小于12/mm，完全满足三级变形监测的精度要求。

4 结语

GPS技术应用于变形监测具有速度快、精度高、不受气候和通视条件种种因素的限制的优点，另外，GPS自动观测能够大大节省人力物力，使得变形监测更加自动化。全球定位系统（GPS）在变形监测中的应用对弥补传统的变形监测方法的缺陷有着重要的意义。通过上述实例，在码头变形监测中运用GPS技术建立基准网结合传统的全站仪测量方式是一种有效的方法，其精度完全满足三级变形监测的要求。在码头变形监测中运用此方法，还需注意在建立基准网时，工作基点位置不仅需要考虑GPS规范的有关技术要求，而且应考虑后续全站仪测量时，工作基点至少应与一个其他工作基点保持通视，以便在测量变形点时进行角度和距离校核。

该码头变形监测采用GPS静态测量方法进行布设基准网，摒除了传统测量的观测方法的复杂、数据分析处理麻烦、受外界因素干扰大的缺点，大大减少了测量人员的工作量、工作时间和技术力量的投入。通过使用基准网数据对码头变形监测进行了全面的测量，得到的变形数据，最终为码头公司运营和管理提供了参考依据。

［1］葛琴，何水娥.GPS静态定位技术在平面控制测量中的应用.安徽地质，2012.3.

［2］王三兵.浅谈GPS（全球定位系统）静态控制测量技术.应用技术，2013.5.

［3］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理.武汉大学出版社，2005.3.