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【摘要】隨著我國市場經(jīng)濟的快速發(fā)展,礦產(chǎn)地質(zhì)經(jīng)濟對經(jīng)濟發(fā)展起到重要促進作用,礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用成為礦產(chǎn)地質(zhì)經(jīng)濟核心。本文主針對GPS-RTK技術(shù)礦業(yè)權(quán)核查測量工作的應用,做出以下探討。

【關(guān)鍵詞】GPS-RTK技術(shù)測量應用探討

一、GPS-RTK技術(shù)概述

1.GPS技術(shù)的簡介。

1.1GPS技術(shù)的發(fā)展。GPS是全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSys-tem)的簡稱,它是美國國防部主要為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設施進行高精度導航和定位的需要而建立的。于1973年開始設計、研制、開發(fā)、耗費巨資,歷經(jīng)20年,于1993年全部建成。該系統(tǒng)是新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng),不僅具有全球性、全天候,連續(xù)的三維測速、導航、定位與授時能力,而且具有良好的抗干擾和保密性。該系統(tǒng)的迅速發(fā)展,引起了各國軍事部門和廣大民用部門的普遍關(guān)注,尤其是GPS定位技術(shù)的高度自動化及其達到的高精度,引起了測繪工作者的極大興趣。測繪人員在GPS應用基礎研究、實用軟件開發(fā)、科學試驗以及生產(chǎn)作業(yè)中,取得了巨大的成果,使GPS技術(shù)得到了飛速發(fā)展。

1.2GPS的特點。全球定位系統(tǒng)由空間星座、地面監(jiān)控和用戶設備三大部分組成。如下圖所示:

(1)空間星座部分。全球定位系統(tǒng)的空間星座部分由24顆衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座,其中包括3顆可隨時啟動的備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個近圓形軌道面內(nèi),每個軌道面上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對地球赤道面的傾角為55°,各軌道面之間相距60°,衛(wèi)星距地面的平均高度為202000km,衛(wèi)星繞地球運行一周的時間為11小時58分。這樣的衛(wèi)星分布可保證在全球任何地區(qū)、任何時刻接收機都能至少同時觀測到4顆衛(wèi)星、最多時11顆衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號,真正達到了全球性、全天候,連續(xù)實時定位的要求。

(2)地面監(jiān)控部分。GPS的地面監(jiān)控部分包括1個主控站、3個注入站、5個監(jiān)控站、及分部全球的跟蹤站。

一個主控站設在美國的科羅拉多·斯平土,其主要功能是協(xié)調(diào)和管理所有地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作,對地面監(jiān)控站實施全面控制,其具體任務有:根據(jù)所有地面監(jiān)控站的觀測資料推算編制各衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層修正參數(shù)等,并把這些數(shù)據(jù)及導航電文傳送到注入站;提供全球定位系統(tǒng)的時間基準,調(diào)整衛(wèi)星狀態(tài)和啟動備用衛(wèi)星等。

三個注入站分別設在印度洋的迭哥加西亞、南太平洋的卡瓦加蘭和南大西洋的阿松森群島。注入站的主要任務是通過1臺直徑3.6m的天線,將來自主控站的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電廣和其他控制指令注入到衛(wèi)星的導航處理機,指導衛(wèi)星按規(guī)定數(shù)據(jù)運行和發(fā)射電波。

五個監(jiān)控站共分別設在夏威夷阿拉斯加的埃爾門多夫空軍基地、關(guān)島、加里福尼亞的范登堡空軍基地和印度洋的迭哥加西亞。監(jiān)控站的主要任務是連續(xù)觀測和接收所有GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號及當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù),將偽距、星歷、氣象數(shù)據(jù)傳送到主控站。

(3)用戶設備部分。GPS的用設備部分包括GPS接收機硬件、數(shù)理處理軟件和微處理機及其終端設備等。GPS接收機是用戶設備部分的核心,一般由主機、天線和電源三部分組成。其主要功能是跟蹤接收衛(wèi)星發(fā)射的信號并進行變換、放大、處理,以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間,解譯導航電文,實時地計算出測站的三維位置,甚至三維速度和時間。GPS接收機的種類很多,按用途不同分為測地型、導航型和授時型三種;按工作原理分為調(diào)制碼相關(guān)、調(diào)制碼相位和載波平方三種類型;按使用載波頻率的多少分為單頻接收機和雙頻接收機,其中以雙頻接收機為精密定位的主要用機。

2.GPS-RTK技術(shù)簡介。

2.1GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展。20世紀90年代以來,GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)在應用領(lǐng)域的研究取得了迅速進展,測繪行業(yè)首先將GPS應用于大地測量,并進一步將GPS-RTK技術(shù)(全球衛(wèi)星定位的載波相位差分技術(shù))推廣到工程測量中。

2.2GPS-RTK技術(shù)測量模式。RTK(Real-Time-Kinematice)技術(shù)是GPS實時載波相位差分的簡稱。是一種將GPS與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合,實時解算并進行數(shù)據(jù)處理,可在1~5秒時間內(nèi)得到高精度三維坐標技術(shù)。GPS-RTK技術(shù)測量按用戶接收機天線在測量中所處的狀態(tài)來分,可分為靜態(tài)定位測量模式和動態(tài)定位測量模式。

(1)靜態(tài)定位測量模式。靜態(tài)定位測量模式是指在定位測量過程中,接收機天線的位置相對于周圍地面點而言,處于靜止狀態(tài)。靜態(tài)定位測量模式一般應用在受客觀因素影響較大、自然條件比較惡劣的地區(qū)實施常規(guī)測量比較困難的情下,進行控制測量。在觀測過程中,要求GPS-RTK接收機對GPS衛(wèi)星進行同時、同步、連續(xù)觀測,實時解算整周未知數(shù)和觀測站的三維坐標,如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定,且其精度已滿足設計要求,便可以結(jié)束實時觀測。

(2)動態(tài)定位測量模式。動態(tài)定位測量模式是指在定位測量過程中,接收機天線的位置相對于周圍地面點而言,處于運動狀態(tài)。動態(tài)定位測量模式應先建立1個基準站和多個流動站,在基準站上設置1臺GPS-RTK接收機,對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測,并采用差分法通過無線電傳輸設備將其觀測數(shù)理及基準站坐標實時地發(fā)送給流動站。在流動站上通過GPS-RTK接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時,通過無線電接收設備接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù),然后根據(jù)相對定位原理,實時地處理數(shù)據(jù)及進行相應的坐標轉(zhuǎn)換,并實時地以厘米級的精度給出流動站的三維坐標。

GPS-RTK動態(tài)定位模式測量系統(tǒng)流程示意圖

2.3GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)點。GPS-RTK技術(shù)具有精度高、實時性和高效性,可以實現(xiàn)從傳統(tǒng)的地面控制到無控制網(wǎng)系統(tǒng)的飛躍發(fā)展,不受地形條件、通視條件等因素的影響,使得其在測繪行業(yè)中的應用越來越廣。

(1)精度高。gps-RTK技術(shù)定位精度高,沒有誤差積累。只要滿足GPS-RTK的基本工作條件,其平面精度和高程精度都能達到厘米級。

(2)實時性。GPS-RTK技術(shù)可在全球范圍內(nèi)全天候?qū)PS衛(wèi)星定位進行觀測,實時地處理數(shù)據(jù)及進行相應的坐標轉(zhuǎn)換,并實時地給出觀測站的三維坐標。

(3)高效性。GPS-RTK技術(shù)大大減少傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量站數(shù),提高了作業(yè)效率;GPS-RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學通視,只要求電磁波相通,降低作業(yè)條件要求;GPS-RTK技術(shù)操作簡便,容易使用,數(shù)據(jù)處理能力強,降低作業(yè)操作技術(shù)和提高作業(yè)率。

二、GPS-RTK技術(shù)在測量工作中的應用

1.工程概況。靜態(tài)定位測量采用布控制網(wǎng)進行測量,測量過程中選取了4個國家GPSC級點及5個國家水準點為已知點,采用5臺南方測繪儀器有限公司生產(chǎn)的靈銳S82RTK測量儀器對上允網(wǎng)進行了GPS四等平面控制測量及高程四等測量。

動態(tài)定位測量運用上允網(wǎng)靜態(tài)定位測量成果進行控制測量,動態(tài)定位測量中采用5臺(1臺基準站,4臺流動站)南方測繪儀器有限公司生產(chǎn)的靈銳S82RTK測量儀器對上允片區(qū)各個礦區(qū)進行動態(tài)定位測量。

2.選點布網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)嚴格按《工程測量規(guī)范》(GB50026-2007)、

《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》(GB/T18341-2001)、《全球定位系統(tǒng)

(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314-2001)、《國家三、四等水準測量規(guī)范》

(GB/12898-1991)進行選點布網(wǎng),布網(wǎng)過程中選取了。

斗栱腹桿在外形上由三部分組成,以從上到下為序:一為底面(對角用2Φ14的鋼筋拉結(jié))為菱形的四棱柱,二為與四棱柱同底倒置的四棱錐,三為Φ80鋼管單桿。腹桿其節(jié)點施工圖見圖4。

3.結(jié)構(gòu)內(nèi)力驗算。為了增大樓板剛度,組合桁架平衡樓板的正彎矩,使樓板處在全截面受壓的工作狀態(tài)。每塊樓板的自重與織布機的自重之和390kN,由樓板4邊的梁與腹桿的32個支撐點共同支撐,假定每個支撐點支撐10kN,則剩余的70kN由板來承擔,占全部自重的18%。斗栱垂桿(四棱柱)的內(nèi)力。考慮受力的不均勻性,給1.2的系數(shù)(以下同),考慮結(jié)構(gòu)安全儲備,給2.0的系數(shù)(以下同)。每個支撐點承受24kN的軸力,選用Φ48鋼管,其應力為45Mpa<210MPa,合格。

斗栱水平拉桿的內(nèi)力。水平拉桿拉力為24kN,選用2Φ14鋼筋,應力為78Mpa<210MPa,合格。

斗栱斜桿(四棱錐)的內(nèi)力。斜桿的軸壓力為34kN,選用Φ48鋼管,其應力為64Mpa<210MPa,合格。

斗栱下端單枝腹桿與4Φ20預應力螺桿的內(nèi)力。Φ80鋼管單桿軸壓力為96kN,應力為65Mpa<210MPa,合格?？紤]不利組合后,取每個螺桿承受的軸力為48kN,其應力為153Mpa<210Mpa,合格。

桁架鋼絲繩的內(nèi)力。腹桿壓力控制值為40kN,根據(jù)幾何關(guān)系,鋼絲繩拉力控制值為125kN,是鋼絲繩抗拉強度的53.5%,合格。

邊梁的抗扭驗算。每跨邊縱梁作用4個由鋼絲繩產(chǎn)生的傾斜向集中力,其水平分力為118kN,所產(chǎn)生的扭矩為506×106N-mm。邊梁的抗扭能力由兩部分組成,一部分為由邊梁已經(jīng)配置的能夠發(fā)揮抗扭作用的縱筋與箍筋以及混凝土等共同提供;一部分由樓板的負筋提供。

縱梁混凝土強度相當于C30,截面上下各配置5Φ25通長(各按2Φ25的50%計取抗扭)和2Φ20的腰筋通長(按100%計取抗扭),以及Φ8@200的箍筋(因邊梁抗剪按構(gòu)造配筋,故按100%計取抗扭),其抗扭轉(zhuǎn)能力按照《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50010-2002中的公式(7.6.4-1)計算得50.8×106N-mm。

樓板負筋Φ14@100,抗扭能力為457.7×106N-mm。邊梁兩部分抗扭能力之和為508.5×106N-mm,大于扭矩506×106N-mm,合格。

4.方案特點分析。預應力斗栱腹桿空間組合桁架方案具有明顯的優(yōu)勢:①樓板充當桁架上弦而成為壓桿,改善原來混凝土樓板的受力狀態(tài);②增大樓板剛度近30倍;③新增構(gòu)件自重小于100kN,即每平方米只增加70N;④大量桿件在地面加工,施工方便;⑤造價是傳統(tǒng)加固方法的一半;⑥預應力能夠使原有混凝土樓板的裂縫縮小;⑦已經(jīng)就位的64臺機械無需再安裝;⑧充分利用通風道技術(shù)層。

三、施工技術(shù)

1.構(gòu)件制作。

1.1下料。垂直鋼管下料長度的保證措施。將手提切割機固定于地面,用一塊也能夠固定在地面上的鋼板作為限位裝置,以保證下料鋼管的長度;斜鋼管的下料:將手提切割機與長度限位裝置分別固定在互相垂直的線上,旋轉(zhuǎn)切割機的固定器成45°方向,既保證下料長度,又保證角度。墊板與連接板均由工廠剪板機剪切下料,尺寸準確,形狀整齊。

1.2焊接。為了保證斗拱腹桿的外形與施工質(zhì)量,采取了兩條措施。一是焊工必須持證上崗操作;二是在焊接前先用小角鋼制成模具,在模具進行施焊。保證了128根腹桿規(guī)格一致,形狀整齊,質(zhì)量均勻。

2.預應力值控制。預應力值采用應變計進行測量與控制。施工時,把應變計貼在腹桿上,用應變儀測量腹桿的應變量,根據(jù)虎克定理計算腹桿的壓力值,再由力的節(jié)點平衡原理計算鋼絲繩的拉力值。

四、加固效果

1現(xiàn)場測試。工程加固工作完成后,對加固結(jié)構(gòu)的自振頻率、振動速度、振動加速度等參量進行了測試。測點布置見圖1所示。加速度峰值測試結(jié)果(見表6);速度峰值測試結(jié)果(見表7)。

2.結(jié)果比較。加固前結(jié)構(gòu)自振頻率為2.93Hz,垂向加速度峰值157cm/s2,垂向速度峰值0.96cm/s。加固后結(jié)構(gòu)自振頻率為3.88Hz,垂向加速度峰值99.0cm/s2,垂向速度峰值0.596cm/s。結(jié)構(gòu)自振頻率增大33%,垂向加速度峰值減小37%,垂向速度峰值減小38%,加固效果明顯。垂向速度峰值0.596cm/s小于0.8cm/s,廠房滿足使用要求。

五、結(jié)語

工程實踐表明,對承受周期性豎向強激振作用的大跨樓板,采用預應力斗栱腹桿空間組合桁架技術(shù)進行加固,效果顯著,值得推廣。

參考文獻:

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