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基于GPS技术的珠江三角洲地面沉降监测应用

更新时间:2009-03-28

珠江三角洲平原为松散沉积物堆积平原,且常有1~3层力学性质较差的软土层,受人类工程活动及天然固结等作用的影响,部分地区已出现了严重地面沉降。全球定位系统(GPS)技术,能解决了传统测量方法工作量大、周期长的问题,GPS监测所获得的数据为分析地面沉降的规律提供坚实的基础。

1 GPS观测技术方法

B级GPS网观测的基本技术规定如下表1的要求。

 

1 BGPS网观测的基本技术规定

  

项 目B级GPS卫星截止高度角/°10同时观测有效卫星数≥4有效观测卫星总数≥20观测时段数≥3时段长度≥23h采样间隔/s30

注:1、计算有效观测卫星总数时,应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数。

2、观测时段长度,应为开始记录数据到结束记录的时间段。

3、观测时段数≥1.6,指采用网观测模式时,每站至少观测一时段,其中二次设站点数应

3) 离心泵汽蚀的出现和发展与泵流量密切相关,不同流量下,汽蚀在离心泵叶片上开始出现的位置是不同的。在小流量下,汽蚀先在叶片背面发生,叶片工作面还没发生汽蚀;而在大流量下,气泡首先出现在叶片的工作面,叶片背面还未出现气泡。

中医学认为,动脉粥样硬化的主要病理基础是痰浊和瘀血,因此治疗中常常贯彻活血化瘀和祛痰消浊。护心康主要具有消痰散结和活血行瘀的作用,在临床冠心病的治疗中取得了较好的疗效。研究发现:护心康对痰瘀阻络型冠心病具有较好的疗效,能有效改善心绞痛的发作症状和心电图表现[9];同时提高患者的生存质量[10]。护心康可以降低冠心病患者血清超敏C反应蛋白和sICAM-1水平[11],血清超敏C反应蛋白是判断炎症的灵敏指标,其表达下降可以降低单核细胞分泌炎症因子;血清sICAM-1含量降低可以减少炎症反应导致的细胞黏附,护心康通过降低二者的表达,减轻炎症反应,延缓冠心病的发生发展。

不少于GPS网总点数的60%。

本GPS监测网的基线处理,采用IGS精密星历,其轨道精度达到0.05 m。在这种情况下,如控制网中的边长为100 km,星历对基线解算在最不利的情况下影响也不超过0.1 mm。

根据《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314-2009),GPS监测网观测按静态法观测,其垂直方向精度需达到10 mm。为了能保证观测质量,并达到提高垂直方向观测精度的目的,采用连续观测方法,每一个同步观测环观测3个时段,每时段≥23.5 h。

④对流层折射根据标准大气模型用萨斯坦莫宁(Saastamoinen)模型改正;

将校长甩得无影无踪后,父亲终于住了脚,弯腰大口大口地喘气。片刻,他抬起头来,无比自信地笑道:“只要留下了东西,你回校读书的事,肯定就有希望了。”

GPS监测网以连续运行卫星定位服务系统的国际IGS站长期观测的坐标作为起算点,采用GAMIT软件计算基线数据,采用武汉大学编制的GPS平差软件《PowerNet》进行网平差,计算得到各点的三维坐标,并以第一次观测的大地高作为GPS监测点高程观测的初始比较值。为保证GPS监测网的监测成果质量,每期进行观测的仪器设备、网型基本固定。

Step2:计算向量V={v 1,v 2,v3,…,vk} 与类别所属程度矩阵S(n,k)各行的欧氏距离;

由图4可得,在采用摆线运动驱动规律情况下,末端执行器的位移、速度、加速度曲线随时间连续变化、过渡平滑,具有良好的运动学性能;图5所示为理论轨迹和仿真轨迹求解。

2 GPS外业观测

本次GPS监测共进行了2期的GPS观测,时间分别是2012年12月和2013年7月。外业观测采用5台天宝R8高精度GPS接收机,备用1台GPS接收机。采用点边式连接按静态法观测,共计观测7个同步观测环,每1个同步环观测3个时段,每个时段均大于23.5 h。

3.1.4 起算坐标:基线解算中,起算点(基准站)坐标的精度将影响基线的精度。起算点对基线解算的最大影响可以用下式表示:

为了保证仪器设备的安全以及观测数据接收正常,作业人员在观测墩附近搭设帐篷,全天候野外露营。作业人员每天均随时对其所使用的GPS接收机、电源及电源连接线等进行检视,查看GPS观测数据接收是否正常,遇到问题及时汇报作业组长并解决。

这部《辞海》跟随我已经60多年了,我现在有了好多新的工具书,但我还舍不得丢弃这部《辞海》,因为我是靠着它慢慢地成长的。

3 GPS基线处理及平差计算

3.1 基线处理

3.1.1 软件:基线处理软件采用美国麻省理工学院(MIT)和Scripps研究所(SIO)共同研制的GAMIT(Ver 10.40)软件。该软件采用双差观测值解算,可以确定地面站的三维坐标和对空中飞行物定轨,在利用精密星历的情况下,基线解的相对精度能够达到10-9左右,是目前最为优秀的GPS解算软件之一。我国A、B级GPS网的基线解算亦采用该软件进行的。

3.1.2 星历:卫星轨道的精度是影响GPS基线解算精度的重要因素之一,其对基线的影响可以较为精确地用下式给出:

 

式中,|Δr|为卫星轨道的误差,r为卫星至测站的位置矢量,|Δb|为基线矢量的误差,b为两站之间基线矢量。设r=22 000 km,b=100 km,如|Δr|=20 m,则星历误差对基线解算在最不利的情况下影响为2.2 cm。由此可见,提高卫星轨道的精度是保证GPS相对定位精度的关键之一。

引理为伪BCI-代数X的一个犹豫模糊滤子的充要条件是对任意γ ∈ P([0,1]), 要么 ∅, 要么为X的滤子.

4、采用基于卫星定位连续运行基准站点观测模式时,可连续观测,但观测时间应不低于表中规定的各时段观测时间的和。

3.1.3 坐标框架与历元:在GPS精密相对定位数据处理中,定位的基准是由卫星星历和基准站坐标共同给出的。基线解算时要求地面基准站坐标的框架及历元与卫星星历的框架及历元保持一致。本GPS监测网基线处理采用的框架与历元为观测期间IGS事后精密星历所对应的框架和瞬时历元,选取的7个全球IGS参考站为:北京(bjfs)、武汉(wuhn)、上海(shao)、拉萨(lhaz)、乌鲁木齐(urum)、昆明(hunm)、日本(usud)。

作业人员严格按照观测前制定好的观测计划,观测路线,作业调度表进行观测,外业观测做好观测记录,按照记录簿中的内容逐项填写。

Δs=0.60×10-4×D×ΔX

式中,Δs为对基线的影响,D为基线的长度,ΔX为起算坐标的误差。令起算坐标的误差为20 cm,如基线的长度为100 km,则起算坐标对其影响为1.2 mm。单点定位所得坐标的精度很差,大约在10 m左右,不能作为起算点。由此可见,很有必要引进高精度的GPS基准点。

对于本GPS监测网,每一期GPS监测网数据的基线处理均引入7个全球IGS参考站,并将此7个站作为GPS网基线解算的约束基准。初次观测网选定3个站[北京(bjfs)、武汉(wuhn)、上海(shao)]作为网平差的约束基准,初次观测网平差后求得监测区内2个固定连续运行基准站GD05和GD08的高精度坐标,将基准点GD05和GD08作为以后监测网的三维约束平差基准, GD05、GD08与其它每一个GPS监测点均进行联测。

3.1.5 基线解算的主要模型和参数

基线解算时主要考虑如下因素:

①卫星钟差的模型改正(用广播星历中的钟差参数);

②接收机钟差的模型改正(用根据伪距观测值计算出的钟差);

③电离层折射影响用LC观测值消除;

观测组严格按前期规定的时间进行作业。经检查接收机电源电缆和天线等各项连接无误,方才开机。开机后检验有关指示灯与仪表显示是否正常。接收机启动前与作业过程中,随时逐项填写测量手簿中的记录项目。由于使用外接电源,接收机开始记录数据后,观测员随时关注电源情况,如发现电源电量低或其他异常的情况,记录在测量手簿的记事栏内,并及时报告作业调度者。每时段观测开始、结束前各记录一次天线高、天气状况等,一次在时段开始时,一次在时段结束时。观测手簿达到了书写认真细致,字迹清晰、工整、美观的要求。外业观测数据及时传输、存储、备份,并由专人保管。

⑤卫星和接收机天线相位中心改正,卫星与接收机天线L1、L2相位中心偏差采用GAMIT软件的设定值;

⑥测站位置的潮汐改正;

⑦截止高度角为15°,历元间隔为30 s;

⑧固定IGS轨道。

3.1.6 数据处理流程

观测数据质量是保证基线解算精度和可靠性的关键之一。因此,用GAMIT软件处理时,正确修正观测数据中的跳周和删除大残差观测值的数据编辑是GPS数据处理中的主要工作之一。数据编辑采用AUTCLN模块自动进行。数据编辑工作完成后,生成干净的观测数据文件(X-文件),用于每时段基线解算。对于质量较差的数据,编辑采用CVIEW模块手工进行。

①平差基准框架为ITRF2008国际参考框架。

3.1.7 基线解算结果

基线解算完成后,由软件输出结果O文件,一个O文件为一个同步观测环的结果文件,初次观测网获得34个O文件,首次监测网获得21个O文件。

闭合环分析结果:共检核由平差所用的独立基线构成的最简异步环131个(包括重复基线)。在检核的异步环中,所有的异步环闭合差都小于GPS规范的要求。其中,异步环闭合差相对误差最大值为0.550 ppm[No:4 g020->g021(313a) g020->g021(322a)],限差为3.601 ppm,其X分量的闭合差为0.011 6 m,Y分量的闭合差为-0.002 3 m,Z分量的闭合差为-0.006 4 m,位置的闭合差为0.006 m,而分量的限差为0.054 m,位置的限差为0.094 m,由此可见,所有的异步环均满足规范要求,GPS网的整体外业观测质量较高。

3.2 初次观测GPS网平差计算

在完成以上工作的基础上,从干净的X-文件开始,生成观测方程和解算基线,得出每个时段的解。

②整体平差采用《PowerNet》软件,该软件是由武汉大学卫星导航定位技术研究中心自主开发的平差软件系统,平差时以GAMIT的结果o文件为输入文件,共计34个O文件,采用各同步观测环(网)的独立基线向量和全协方差矩阵作为观测量。首先进行基线重复性检测,然后进行闭合差分析,当结果符合要求后,进行三维平差,得到空间直角坐标和大地坐标。

③共计算GPS点32个,测区内部共观测了7个同步环(网),25个监测点,联测了7个IGS参考站:北京(bjfs)、武汉(wuhn)、上海(shao)、拉萨(lhaz)、乌鲁木齐(urum)、昆明(hunm)、日本(usud)。网平差时使用了162条独立基线,包含联测IGS参考站的基线。

先前传统的教学方式导致部分学生没有学习兴趣,而在引入Revit辅助教学后,连续三年的评教综合评价结果证明,工程结构课程设计的优秀率都在90%以上,其中2015年为95.2%,2016年为94.2%,2017年为95%。由此可见,Revit让工程结构课程教学水平有了大幅度的提高,提高了学生的学习动力的同时减轻了老师的教学压力,真正实现了教与学的和谐发展[8]。

在本文的研究中,选择了80患者进行研究,采取数字随机法将所有的患者随机地分为对照组和观察组,每组参与研究的人数为40人,对照组中的患者采取的是药物两联抗栓治疗的方式,观察组则主要采取了三联抗栓治疗的治疗方式,之后再在患者治疗一周之后对比两组患者各项指标的变化后发现,在完成治疗之后对照组中血小板聚集情况、aPTT以及cTnT的改善情况均显著低于观察组,差异有统计学意义(P<0.05)。

④三维平差采用《PowerNet》软件在空间坐标系下进行处理。由于最近的IGS参考站(武汉)距离测区约1 000 km,其它站点则距离更远,如果直接采用IGS参考站的成果作为监测网的起算基准,则监测网点的精度将处于厘米级以下。为了避免将长基线以及参考站点的误差带入监测网,平差分两步进行,首先固定3个IGS参考站[北京(bjfs)、武汉(wuhn)、上海(shao)],进行三维约束平差,求得测区内基准点GD05和GD08的在ITRF2008框架下的坐标,其次固定监测区基准点GD05与GD08,进行三维约束平差,平差结果的大地高作为地面沉降GPS监测网的初次观测数据。

由于活泼金属与溶液发生反应时,该金属放出的电子就可被溶液中的阳离子直接获得,此时,若给这些电子另谋一条“出路”——从活泼金属向外接一条导线,并直接通达另一电极材料(如石墨、Cu),该材料插入原溶液中,这样,电子就可在该材料上被溶液中的阴离子得到,致使原来活泼金属(Zn)上的自由电子成为定向流动的电子,从而形成电流,这就构成了原电池。在此过程中,电子是由化学反应发出,经导线(即外电路)流通后在另一电极上被阳离子所捕获。

⑤基线处理及网平差结果精度统计:

基线重复性检测结果:基线重复性的固定误差与比例误差,在南北方向上为1.25 mm+0.063 03×10-8,在东西方向上为1.26 mm +0.063 35×10-8,在垂直方向上为6.29 mm-0.052 84×10-8,在长度方向上为1.41 mm+0.020 27×10-8,均优于B级GPS网基线重复性参考值8 mm+1×10-6。基线处理的精度较高。

基线解的nrms值作为基线解算质量好坏的一个指标,一般要求nrms值小于0.5,不能大于1.0。本网两次观测和计算的55个o文件内的nrms值均小于0.5。这说明GPS网的整体外业观测质量较高,基线解的精度较好。

固定3个IGS参考站进行三维约束平差的结果(IGS参考站不参与统计):基线边平均相对误差为0.085 ppm,最弱边相对误差为0.646 ppm(No:142 G020-G021),小于限差1.25 ppm;GPS点位中误差最弱点为GD26,其水平方向上中误差为±3.8 mm,小于限差±5 mm,其大地高方向上中误差为±7.4 mm,小于限差±10 mm。

固定GD05、GD08进行三维无约束平差的结果(IGS参考站不参与统计):基线边平均相对误差为0.083 ppm,最弱边相对误差为0.650 ppm(No:142 G020-G021),小于限差1.25 ppm;GPS点位中误差最弱点为GD26,其水平方向上中误差为±2.6 mm,小于限差±5 mm,其大地高方向上中误差为±4.6 mm,小于限差±10 mm。

综合以上信息,本次GPS网的观测成果质量优于B级GPS网的精度要求。

3.3 首次监测GPS网平差计算

①平差基准框架为ITRF2008国际参考框架。

②整体平差仍采用《PowerNet》软件,平差时输入21个GAMIT的结果o文件,采用各同步观测环(网)的独立基线向量和全协方差矩阵作为观测量。首先进行基线重复性检测,然后进行闭合差分析,当结果符合要求后,进行三维平差,得到空间直角坐标和大地坐标。

③共计算GPS点25个,测区内部共观测了7个同步环(网),基线解算中联测了7个IGS参考站:北京(bjfs)、武汉(wuhn)、上海(shao)、拉萨(lhaz)、乌鲁木齐(urum)、昆明(hunm)、日本(usud)。网平差时使用了118条独立基线,无需包含IGS参考站的基线。

④三维平差采用《PowerNet》软件在空间坐标系下进行处理。约束测区内基准点GD05和GD08的在ITRF2008框架下的初始值空间直角坐标,进行三维约束平差,平差结果的大地高作为地面沉降GPS监测网的首次监测数据。

⑤基线处理及网平差结果精度统计:

企业应该尽量从原产地或者可靠的采购途径拿货,以保证产品质量。企业可以雇佣专业性较强的采购人员设计相关的采购标准或由采购人亲自把握拿货的质量。例如某超市共100平米,用50平米来卖生鲜,员工一半人负责这项业务,销售的业绩一半也来自此类产品,此类产品的价格比市面上低一成。这是因为这个超市有约三百位员工组成了一个生鲜采购的团队,大家分别负责不同的产品类别,更是有采购人员直接在原产地工作,与当地人进行良性沟通互相帮助,使得他们生产的产品质量有保证。再经过仔细的挑选等一系列步骤,以保证产品在交给承运人之前的品质。从根源上就能够把握住产品,来降低运输、仓储等成本。

基线重复性检测结果:基线重复性的固定误差与比例误差,在南北方向上为1.26 mm +1.833 43×10-8,在东西方向上为1.53 mm +1.892 62×10-8,在垂直方向上为5.84 mm +8.902 36×10-8,在长度方向上为1.66 mm +2.204 38×10-8,均优于B级GPS网基线重复性参考值8 mm+1×10-6。基线处理的精度较高。

进入21世纪以来,我国高等职业教育蓬勃发展,工学结合、校企合作、跟岗实习、顶岗实习,实训基地建设,校企联合办学是我国当前高职教育主要的人才培养模式。在这种新形势下下,人才的培养主要从实际岗位和社会需求出发,力求学生能够快速学以致用。因此,各类高职课程的改革和建设都在探索,寻求更佳。

闭合环分析结果:共检核由平差所用的独立基线构成的最简异步环94个(包括重复基线)。在检核的异步环中,所有的异步环闭合差都小于GPS规范的要求。其中,异步环闭合差相对误差最大值为0.536 ppm[No:46 g007->g008(205)g007-> g008(206)],限差为3.397 ppm,其X分量的闭合差为-0.003 0 m,Y分量的闭合差为-0.006 9 m,Z分量的闭合差为-0.006 1 m,位置的闭合差为0.006 m,而分量的限差为0.061 m,位置的限差为0.106 m,由此可见,所有的异步环均满足规范要求,GPS网的整体外业观测质量较高。

固定GD05、GD08进行三维无约束平差的结果:基线边平均相对误差为0.108 ppm,最弱边相对误差为0.514 ppm(No:92 G020-G022),小于限差1.25 ppm;GPS点位中误差最弱点为GD26,其水平方向上中误差为±3.3 mm,小于限差±5 mm,其大地高方向上中误差为±5.6 mm,小于限差±10 mm。

综合以上信息,本次GPS网的观测成果质量优于B级GPS网的精度要求。

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4 地面沉降GPS监测结果

本次珠海、中山地区地面沉降GPS监测网进行了初次观测和首次监测,初次观测时间为2012年12月,首次监测时间为2013年6月,间隔6个月时间。GPS监测点沉降量如下表2所示。

本监测区19个GPS监测点同时进行了水准监测,分别获取了监测点高程的初始值(初次观测)和第二次观测值(首次监测),计算出期间(2012年12月~2013年6月)沉降变化量,GPS监测结果与水准监测结果基本相符,个别点差异稍大初步分析应为GPS观测条件和网形结构不理想,同时受高程起算点较远、大地水准面精化等因素影响,解算所得高程精度较差。下一步可考虑利用广东省GDCORS站大地水准面精化成果提高解算精度。详见表3。

 

2 GPS监测点沉降量统计表

  

序号点号大地坐标纬度(B)经度(L)沉降量(正数表示沉降值/mm)备注1G00122°44'41.03″113°17'36.65″13.85监测点2G00322°44'09.16″113°23'28.37″92.42监测点3G00422°40'49.90″113°15'29.82″2.87监测点4G00522°40'37.92″113°21'17.30″-5.35监测点5G00722°37'08.13″113°12'36.52″12.37监测点6G00822°34'42.18″113°19'07.12″17.42监测点7G00922°36'14.74″113°26'48.45″5.44监测点8G01022°36'04.12″113°38'36.30″21.07监测点9G01222°33'39.45″113°35'28.82″75.38监测点10G01322°29'19.31″113°11'40.05″4.42监测点11G01422°20'17.64″113°12'16.16″30.90监测点12G01522°14'29.02″113°09'17.80″-6.71监测点13G01622°15'07.15″113°20'19.41″19.45监测点14G01722°15'52.68″113°24'44.26″42.81监测点15G01822°12'42.51″113°26'56.62″15.90监测点16G01922°12'14.10″113°22'21.54″43.22监测点17G02022°08'10.77″113°21'19.23″33.77监测点18G02122°02'49.92″113°19'56.67″44.25监测点19G02222°05'54.13″113°16'18.56″46.64监测点20G02322°09'42.99″113°16'55.07″36.39监测点21G02422°05'54.74″113°11'29.42″22.77监测点22G02521°59'56.72″113°11'11.08″26.39监测点23G02622°28'28.56″113°01'44.93″25.98监测点24GD0522°40'46.37″113°28'34.36″0基准点25GD0822°40'55.08″113°34'15.58″0基准点

 

3 GPS与水准监测沉降量对比表

  

序号GPS监测编号沉降量/mm水准监测编号沉降量/mm备注1G00113.85未联测监测点2G00392.42JC07379.03监测点3G0042.87JC07714.12监测点4G005-5.35JC0758.31监测点5G00712.37JC07910.39监测点6G00817.42JC08713.51监测点7G0095.44JC09514.07监测点8G01021.07JC0692.72监测点9G01275.38JC10143.36监测点10G0134.42未联测监测点11G01430.9JC12514.34监测点12G015-6.71未联测监测点13G01619.45JC12212.57监测点14G01742.81JC11238.53监测点15G01815.9JC11910.02监测点16G01943.22JC12124.73监测点17G02033.77JC14711.07监测点18G02144.25JC1448.39监测点19G02246.64JC14031.19监测点20G02336.39JC13825.44监测点21G02422.77JC13611.09监测点22G02526.39JC133-1.02监测点23G02625.98未联测监测点24GD050基准点25GD080基准点

5 结 语

本次监测区域主要位于珠三角地区的珠海、中山和广州的南沙区,这些地区地面沉降明显,据前期地面调查结果显示,局部地区已达到5 cm/a的沉降量,形成了多个沉降漏斗,大部分漏斗的面积和深度仍在不断发展,对人们的生产、生活,交通等影响极大,造成的损失和危害也大,已成为一种严重的环境地质问题,影响和制约着当地国民经济的可持续发展。因此通过GPS技术定期的重复观测,为研究和控制地面沉降提供准确、可靠的资料。

参考文献:

[1] GB/T 12897-2006.国家一、二等水准测量规范[S].

[2] DZ/T 0154-95.地面沉降水准测量规范[S].

[3] DD2006-02.地面沉降监测技术要求[S].

[4] GB/T 18314-2009.全球定位系统(GPS)测量规范[S].

[5] 广东省地质局.珠江三角洲及周边地区地面沉降地质灾害监测成果报告[R].2013.

[6] 广东省地质局.珠江三角洲地区地面沉降调查报告[R].2015.

[7] 张林科.GPS与传统测量技术在地质勘查工程测量中的应用[J]. 矿山测量,2014,42(1):23-24.

[8] 于国强.蚁群神经网络在GPS高程拟合中的应用研究[J].矿山测量,2016,44(6):10-13.

 
林琼珍
《矿山测量》 2018年第02期
《矿山测量》2018年第02期文献

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