基于某商住建筑案例的CORS水平位移監測實證研究

摘 要:利用CORS系統進行變形監測可有效的降低工程費用，縮短工期，提高數據質量。本文以CORS系統在石家莊某建筑水平位移監測中的應用為研究對象，分析了CORS系統法在建筑水平位移監測中施測方案，證明了CORS系統法滿足建筑物水平位移監測的需求，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值。

關鍵詞:CORS水平位移監測前方交會精度

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0035-02

引言

目前，由于GPS衛星定位技術具有速度快、精度高、經費省且不受通視條件限制等優點，不僅在平面控制測量中取代了常規測量技術，國內許多研究表明GPS中長基線的解算精度已經達到1×10－8～l×10－9量級，完全能取代傳統的變形監測方法。基于這些研究成果，本論文將探討應用CORS系統對建筑物進行水平變形監測。

近年來在局域差分GPS基礎上發展起來的CORS系統，應用了許多現代科技成果，VRS和主輔站技術就是其中主要技術之一。CORS系統是現代測量技術的標志，具有全天候、全自動、實時導航定位功能。可滿足覆蓋區域內各種地面、空中和水上交通工具的導航、調度、自動識別和安全監控等功能，還可以服務于高精度中短期天氣狀況的數值預報、變形監測、科學研究等。尤其是在城市規劃、國土管理、城鄉建設和基礎測繪方面，在建筑物變形監測中也越來越需要這種自動化程度高、精度高的技術。利用CORS系統進行變形監測可有效的降低工程費用，縮短工期，提高數據質量。但由于應用CORS系統進行變形監測有別于常規的監測技術，它本身的數據以及變形監測數據都需要進行有效的處理，才能滿足變形監測的需要。

1 工程概況

石家莊市某大樓是一棟綜合商住摟，占地面積為1000m2，高11層，高度37m，建筑物重要性等級為二級，抗震設防烈度為6度，場地等級二級。該建筑物為框架－剪力墻結構，基礎采用人工挖孔灌注樁，樁基嵌入中風化長石石英砂層(抗壓強度標準值7.65MPa)，地質層理為填土—黏性土—粉質黏土—強風化長石石英砂巖—中風化長石石英砂巖。大樓自竣工以后開始利用CORS系統進行變形監測。

為了應用CORS系統監測大樓在一段時期內水平變形情況，在大樓頂層的框架結構梁柱上安裝固定GPS基座，進行三天的GPS變形監測。本文將對比常規的前方交會法證明CORS系統法的可行性。

2 CORS系統法

通過對高度截止角、時段長度、基準點數量選擇、起算點坐標精度、軟件與星歷等參數配置比較實驗，得到以下結論:

(1)數據解算采用20°高度截止角較好，高度截止角過低可能造成多路徑效益顯著，信噪比增強，過高則觀測可用衛星數減少，數據相應的減少，造成誤差增大。

(2)城市一般高層建筑物較多，但順各方向較為開闊，建議采用15°高度截止角觀測，測站天空平均高度角一般不大于35°，能夠滿足建筑物變形監測的精度要求。

(3)為避免不必要的返工，靜態觀測定位時段長度采用12小時或更長的時間，觀測時間過短可能因數據量太少可能達不到預期精度，觀測時間過長精度得以提高但降低了工效。其選定與衛星狀況、交通情況、測點地形等因素有關。

(4)±lm、±10m點位精度解算的基線，與±O．1m相比點位精度解算基線的相對差值分別為:－0.02～8.85ppm、－0.21-94.82ppm，平均為-1.79ppm、-19.16ppm。

(5)為了提高工效，使用CORS系統進行基準網變形觀測數據處理建議采用GAMIT軟件和精密星歷;尤其是基線較長或不能長時間觀測時，必須采用精密基線解算軟件和精密星歷進行數據處理。

(6)基準點數量的增加對解算結果就越有利，但同時也增加了計算量;在滿足本設計要求的前提下，選取3個基準點進行解算即可。

按照以上實驗結論，依次進行觀測參數配置、基準網設計、數據采集和數據處理。

本次監測活動，數據采樣間隔30s，采集高度截止角為15°，數據解算高度截止角為20度，靜態觀測定位時段長度12小時，由于3個參考站與5個參考站解算結果相差不大，因此本實例只選取3個CORS參考站為監測網，基準網變形監測數據處理采用GAMIT軟件和精密星歷。

3 具體方案

由于各參考站都是24h采集數據，因此截取每天所需時間段的觀測數據行解算，分析每天解算結果的異同，連續幾天的變化趨勢。

根據上述結論，在滿足變形監測要求的前提下，此次實例分析只采用離變形監測點較近的三個參考站作為變形基準網，三個參考站為JZOl、JZ02、JZ03，變形監測點在三個參考站組成的三角形內。網圖見圖3。

4 數據采集

于2007年9月2日～4n日開展外業數據采集，數據采集的時間段為9:00-21:00，共觀測3天3個時段，整個外業觀測過程無異常，未重測或補測。

采用l臺Trimble5800雙頻GPS接收機，儀器標稱精度為5mm+lppm。觀測時的參數設置如下:接收機作業模式為靜態觀測，觀測時段數為3個，測量等級為B級，時段長度12h，衛星高度截止角為10°，有效衛星數大于6顆，采樣間隔30s。采集的GPS數據為dat格式，用TG01.62的Convert to RINEX功能轉換為標準RINEX格式。

5 數據處理分析

首先使用TEQC軟件對每天觀測數據進行預處理，查看所有觀測衛星的多路徑效應和信噪比圖，剔除一些多路徑效應、信噪比影響較大的衛星，為GAMIT準備相對較好的數據。

通過對每一個觀測數據的分析可知，各接收機接收GPS信號質量比較好，符合本設計的要求。本例選用3個CORS參考站的數據，采樣率為30s，截取12小時的觀測數據，結合精密星歷并利用GAMIT軟件進行高精度解算。解算結果見表1。

利用GLOBK軟件與三個參考站已知坐標對監測點LQ進行約束平差，然后進行坐標轉換，得到監測點平差坐標。各點坐標及其位移量如表2所示。

表中dx——模擬監測點X方向位移量，dy——點位Y方向位移量，取LQ點幾天的算術平均值為真值，△dx、△dy點位X，Y方向位移量與真值的較差，即外符合精度，可以理解為真誤差。

6 結語

通過上面的分析可知，監測點LQ水平位移量X、Y方向上基本在3mm以內，較規范要求值4.2mm略低。說明大樓運行非常穩定。同時對比了利用常規前方交會的方法(表3)，結果基本吻合。因此，我們可以得到，運用CORS系統對一般高層建筑物進行水平監測所得到的結果滿足《工程測量規范》(GB 50026-93)變形監測三等精度要求，完全可以替代常規邊角測量的方法。

參考文獻

[1] 魏瑞娟，李學軍，任維成，等.單基站CORS的建設與應用研究[J].測繪通報，2010(6).

[2] 唐力明，李成鋼，張建國，等.GPS/CORS精密區域地表位移動態監測技術研究[J].測繪通報，2010(5).