丛吉日
绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司 四川绵阳 621000
摘要：本文针对GPS定位技术在公路沉降变形监测中的使用，重点分析并总结了其在使用过程中，前期及布网阶段的经验，并提出了一些自己的看法。
关键词：GPS；公路；变形监测
一、引言
目前，GPS全球定位系统作为一种全新的现代空间定位技术，以全天候、全球性、高精度、高速度、实时三维定位、误差不随定位时间而积累等优点博得了人们的青睐，在公路变形监测的应用也越来越广泛。
GPS技术现已应用于公路变形监测项目中。通过实践证明，采用GPS技术进行公路滑坡变形监测是可行的，甚至可以取代常规滑坡监测方法。
二、GPS定位技术的特性
GPS定位技术作为当前最新的空间定位技术，其观测边长相对精度比传统大地测量精度提高了3个量级。在变形监测网中其技术特性主要体现在以下几个方面：
1、测站间无需保持通视，其工作点的选择较为灵活。在常规的测量方法中，一般要求相邻的观测工作点间应该相互通视，而这种做法不仅容易使工作点的选择受到工程条件的制约以及限制。相反，有时还会不得不增加一些连接点来实现通视，一定程度上加大了其测量的工作量，降低了测量的精度。而在GPS测量中，则不需要考虑工作站点之间的互相通视，加强了工作点选择的灵活性。
2、能同时测定点的三维位移。采用传统方法进行变形监测时，平面位移通常是采用正锤线、倒锤线、边角导线、方向交会、距离交会和全站仪极坐标法等方法来测定的，而垂直位移则一般采用精密水准测量、液体静力水准测量、倾斜仪等手段来测定。水平位移和垂直位移的分别测定不仅增加了工作量，而且监测的时间和点位也不一定一致，从而增加了变形分析的难度。
3、全天候观测。这一点对于全野外的公路变形监测来讲显得特别重要。
4、易于实现全系统的自动化。GPS外业观测的操作较为简单，其信号内业处理主要是通过计算机来自动地完成，具有自动化、成本低和高效率等优势。这对于长期连续运行的监测系统是很重要的，可降低监测成本，提高监测资料的可靠性。
5、可直接用大地高进行垂直变形测量。目前IGS提供的精密星历足以保证大地高系统的稳定性，从而避免在高程系统的转换过程中的精度损失。
当然, 利用GPS 定位技术进行变形监测时, 也存在某些不足之处, 例如点位选择的自由度较低等问题，需要结合其他方法途径，慢慢弥补这些不足。
三、GPS变形测量误差的来源以及相关的应对措施
应用GPS技术进行公路沉降变形监测，关键在于如何消除或者减弱误差的影响，进而提高GPS 测量技术的精度。使得其数据可靠。这就需要了解其误差来源并据此采取相应措施。
1、误差的来源
影响GPS 测量技术的误差来源很多，主要可以分为三类：一是与GPS 有关的误差；二是与观测环境有关的误差；三是与测量人员有关的误差。 其中在众多误差中，对GPS 测高影响较为严重的误差有：对流层延迟误差，多路径效应、电磁波干扰误差以及工程施工影响误差、仪器高量取误差与起算数据误差，整周模糊度的解算误差等。
2、消除或减弱误差的主要措施。
2.1消除多路径效应误差。可以通过适当增加观测时间，选择较好的站址，选择带有抑径板的GPS 接收机来消除。
2.2消除电磁干扰误差以及工程施工影响误差。该种误差有些时候是不可避免的，选择观测网点时应该注意避免大功率的干扰源，距离干扰源不得小于100m；还应该避免施工车辆、工人、其他施工机械的影响。
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2.3消弱对流层延迟误差的影响。通过建立比较完美的数学模型，精确的量取气象参数可以相应的减弱对流层对GPS 沉降观测的影响。
2.4消除仪器高量取误差以及起算数据误差。通过建设观测墩的方法来消除仪器高量取误差；高精度的起算数据也是GPS 沉降观测的关键之一，但是随着我国A 级网B 级网的完成，获得精确的起算数据也是比较容易的事情了。
2.5消除整周模糊度的解算误差。尽可能多的获取GPS数据，利用闭合环进行检验是十分必要的。
四、前期工作之监测网布网
根据控制成果今后的使用要求和已收集到的测量资料及拥有的仪器设备、技术力量等条件，确定布设监测网的方案。公路变形监测工作主要关心的是测点的点位变化情况，而对测点的绝对位置并不过分关注，应此，在变形监测中，常采用独立的坐标系统，一般公路变形监测宜布设成独立网。
GPS变形监测网的精度与控制点的坐标无关，与监测网的基线数、基线的连接形式、基线本身的精度有关，因此要保证基线本身的精度。而GPS基线本身的精度取决于原始相位观测值的质量与数量、卫星的几何分布以及基线解算的数学模型等。
实际实施过程中，对监测网是以一定的周期进行重复观测，然后各期单独平差，求出各期间的坐标差、高程差及精度信息。根据坐标差高程差信息估计变形参数，从而可以获得目标的变形。可见变形监测控制网设计的意义就在于有效确定变形，一个优化的变形监测网必须有最经济的外业观测方案有助于在变形分析之前，确定、剔除、与减小观测数据中粗差、系统误差的影响，以免将测量误差错误解释为变形现象。
对于监测网中的基准点，最要注意的是需要进行基准点稳定性分析。变形监测网进行周期性监测时，滑坡体的变形是相对于基准点的，只有当基准点稳定，所求监测点的位移才是真实位移，所以进行滑坡变形分析前必须进行基准点稳定性分析。当证明了基准点的稳定性，还需要区分各期监测点的坐标差异是监测误差还是点位的真实变形，这就需要对变形监测点进行稳定性分析。用不同期基准点间基线重复监测值的较差与基线监测值的精度做对比，可以对基准点的稳定性进行分析。
五、前期工作之数据观测
采用GPS进行变形监测相比于传统方式，在数据观测上有很大的优势，很多都是智能型的自动化观测。但是实际工作中，为提高观测精度，往往需要采取如下措施：同步观测的卫星不少于4 颗，且均匀分布在四个象限；图形强度因子GDOP 值的选择。较小的GDOP值表明卫星星座与测站构成的几何图形较好， GDOP值越佳则意味着越能获得良好的观测成果，所以观测中选择的GDOP 值均在6以下；量取天线高时，用三角板直接丈量到天线相位中心的参考点（ARP）。由于GPS 接收机自动化程度较高，且各测站间无需通视，在数据采集过程中，完全无需人员看守，所以大大减轻了监测人员的工作量。
六、总结
GPS技术已经广泛应用于多种变形监测项目中。通过实践证明，采用GPS技术进行公路滑坡变形监测是可行的，甚至可以取代常规滑坡监测方法。
GPS滑坡监测网宜采用有更多检验条件的边连接网型，基准点宜采用固定基准，监测点的选择应能代表滑坡体的变化特征并埋设简易强制对中墩，应充分考虑地形对卫星的遮蔽，在监测前进行卫星的可见性预报。
GPS滑坡监测的目的是得到监测点相邻两期的位置相对变化，为了达到较高的监测精度，每期的GPS监测应做到监测网形一致，使用接收机类型一致，采用的基准点一致，保证基本相同的监测条件。
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论文作者:丛吉日
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
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