北斗GNSS技術在公路變形監測中的應用

來源：網絡GNSS是目前測量技術的重要手段，在實踐中發揮著日益重要的作用。本文對GNSS測量原理以及在公路變形監測中GNSS的應用，并在此基礎上研究了公路變形監測中GNSS方式。旨在完善GNSS在公路變形測量中的運作要點，提升監測有效性。

隨著我國信息化、自動化的不斷發展，在對公路的測量方面也有了質的飛躍。公路變形會影響到使用安全性，因此變形測量必須保障有效程度。本文以公路測量中GNSS的運用為主線，現做出如下分析：

一、GNSS測量原理分析

GNSS實際上是一種定位技術，其與GPS不同，GNSS在范圍上范圍廣泛，包含了所有衛星導航系統，例如歐洲的Galileo、俄羅斯的Glonass、美國的GPS、我國的北斗衛星導航系統。同時，GNSS還包含了一些相關性的增強系統，例如歐洲靜地導航沖重疊系統（EGNOS）、美國廣域增強系統（WAAS）以及日本的多功能運輸衛星增強系統（MSAS）。換言之，國際GNSS是一盒層面多、系統多、模式多且組合復雜的系統。

在測量原理方面，GNSS系統的測量類似于后方交會技術。例如在需要測量公路時，可以在目標位置點將GNSS接收機架設好，選定某一時間點同時接受3顆衛星信號，通過衛星到站點距離的測量了解其集合距離，之后可利用后方交會理論將測量點的三維坐標表示出來，同時發射導航電文以及測距信號，其中衛星位置相關信息會包含在導航電文中。

簡單來說，測量人員在使用GNSS過程中，通過測量目標區域與三顆衛星之間的距離便可得出GNSS衛星空間坐標，從而可實現對測站位置信息的求解。在公路變形測量中，測量人員同樣可利用GNSS原理，檢測公路是否存在沉降等不良情況。

二、在公路變形監測中GNSS的應用

變形監測主要指的是物體的使用過程中由于應力等因素影響造成的形態變化，對于公路而言更易由于荷載或是本身修建因素造成沉降變形等現象。實際上，變形監測也包含了建筑物，例如水庫、大橋等，對于物體的沉降、變形、位移方面的測量效果較好。

在公路變形監測中，基本監測技術會運用到水準測量方式，了解公路是否存在沉降情況。由于新疆地區本身土壤狀態影響，公路在使用一段時間后可能由于車輛荷載力造成一定程度的沉陷，若沒有及時發現可能造成公路路面受損引發交通事故危險。另外，監測也可以利用角度交匯或是三角測量方式了解公路建設過程中是否存在變形情況，若發生了整體傾斜或是位移可及時調整，避免公路建設出現偏差。

對于公路監測而言，通常存在目標占地面積大、監測環境較惡劣、復雜以及檢測技術要求偏高情況，因此若在對公路變形監測上采用常規方式并不能夠有效保障監測有效性，且勞動強度較大，需要監測人員花費大量時間去投入，在自動化方面處于欠缺狀態。

但若運用了GNSS技術，由于這類技術在定位上精確度高，且不需要通視，能夠全天不間斷持續工作，因此在操作上能夠極大節省勞動力并將監測提升到自動化程度。研究發現，在采用了GNSS實施水平位移觀測時，能夠有效發現公路變形在2厘米以內的位移矢量；即使在高程測量下也能夠將精度控制在10厘米之內。

換言之，在較大型監測中，GNSS的作用發揮效力更強，應用范圍也更廣泛。因此對于公路而言，其變形監測利用GNSS技術是完全可行的，并且在操作上更為簡單便捷，減少了操作人員勞動強度。加上這種技術在使用中受天氣影響程度較小，因此能夠實現全天候作業監測，極大提升了監測效率。

三、公路變形監測中GNSS方式分析

動態測量方式

動態測量能夠被分為實時動態測量以及準動態測量兩種，其中實時測量可以被稱作RTK測量，是一種建立在載波相位觀測基礎上的測量技術。操作方面，測量人員首先需要在目標監測公路上安置移動觀測GNSS接收機，在基準站上安置GNSS接收機用于連續監測可見衛星。

同時將觀測得到的數據信息利用無線電傳輸方式傳輸到移動觀測接收機（位于目標測量公路）上。當接收機收到信號時，能夠利用差分定位原理以及基準觀測到的實際數據在當下通過計算程序計算出監測點的精度以及三維坐標，對于公路監測而言精度能夠達到5毫米，實際操作中精度最低達到了2厘米。另外，若監測方投入力度較大，可實現監測點與基準點之間存在5顆以上衛星時，監測精度能夠達到2厘米甚至1厘米。

靜態測量方式

將至少3臺的GNSS接收機同時放在目標監測公路上，在同一時間段展開監測。通常情況下，監測需要持續花費1-2小時之間不等，構網采用邊連接方式，對基線的解算采用后處理軟件完成，三維坐標的計算利用評查計算方式進行。在這種靜態測量方式下，公路變形狀態監測的精度相對較高，且能夠有效適用于長邊測量，側邊相對精度大致在10-9左右。

快速靜態測量法

快速靜態測量法相對而言更適應于對監測點的監測。操作方面，將兩臺接收機安放在基準點上，以固定模式進行持續性的觀測。另設置1-4臺接收機在監測點上移動，每隔兩秒時間采樣一次，由以上四個方程即可解算出待測點的坐標x、y、z 和接收機的鐘差Vto。

由GNSS原理可知，當衛星不間斷的將數據信號發送給接收機后，接收機接收到相關公路變形信息。此時操作系統能夠自動將公路測量點的位置信息表示出來并計算出其三維方向以及三維位置。經過對比，監測人員便可發現公路是否存在變形狀態。

GNSS技術在公路變形中的監測具有速度快、勞動強度小、精度高等特點，并且較少受到氣候、環境因素影響，可保障監測效率。實踐證明，在公路變形測量中利用這一技術可彌補傳統測量的缺陷，減少誤差。相關人員在技術運用上還應加大投入，進一步提升監測有效性。

另外，這種監測方式更適應于公路這類測量范圍廣、環境相對惡劣的情況，在測量過程中不需要測量點之間能夠相互通視，只需要觀測點的上空處于開闊形態即可，因此在費用方面節省較高。在實際測量過程中，公路變形監測點的位置能夠自行設定，例如監測點的位置以及之間距離等，可省掉過渡點以及傳算點的測量工作。因此GNSS技術適合在公路變形監測中推廣使用。

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