GNSS短邊精度研究

蔡約超，付元盛，陳 妮

(中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

GNSS短邊精度研究

蔡約超，付元盛，陳 妮

(中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

文章通過實驗，掌握了GNSS短邊測量的精度狀況，結(jié)合電力工程測量相關(guān)規(guī)范要求，分析提出GNSS采用單時段觀測，能夠滿足電力工程各種等級的施工控制網(wǎng)測量和三等及以下精度要求的水平位移監(jiān)測需要，但不能滿足各種等級垂直位移監(jiān)測的要求。

GNSS；精度；施工控制網(wǎng)；水平位移監(jiān)測。

1 概述

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)相對定位的距離從幾米到幾千千米，不受通視影響，應(yīng)用范圍廣泛。目前，一般認(rèn)為GNSS在中長距離(幾千米到幾千千米)的相對定位精度可達(dá)10-6，最高可接近10-9，但在短邊(幾十米到幾百米)相對定位中，受儀器的固定誤差影響，相對精度一般只能達(dá)到10-5～10-4，甚至更低。因此，在電力工程勘測設(shè)計階段，無論是各種等級的基礎(chǔ)控制測量，還是廠變測圖、線路選線定位，GNSS都成為當(dāng)前的主流測量手段。然而，在施工控制網(wǎng)測量中，邊長一般200～500 m，相對精度要求為1/20000～1/80000，相關(guān)規(guī)范雖認(rèn)可GNSS方法，但在保證精度上卻并沒有給出具體規(guī)定，使其應(yīng)用受到限制；在變形監(jiān)測中，邊長一般200～600 m，相對精度要求更是高達(dá)1/80000～1/200000，相關(guān)規(guī)范沒有提及GNSS方法，實際應(yīng)用更為鮮見。

文章旨在通過實驗，確切掌握GNSS短邊精度狀況，以此分析其在這類項目中的應(yīng)用范圍及技術(shù)措施，為該類項目的應(yīng)用提出技術(shù)要求及解決方案。

2 實驗概況

GNSS短邊精度研究實驗分別在兩個工地進(jìn)行。主實驗區(qū)為貴州某火電廠灰壩變形監(jiān)測區(qū)，實驗前，采用全站儀及水準(zhǔn)測量按三等變形監(jiān)測精度要求進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測。實驗采用7臺Tri mble R10和R8(標(biāo)稱精度3 mm+0.5 ppm)，同時在3個檢測基準(zhǔn)控制點上設(shè)立參考站，實測監(jiān)測點25個，點位分布及網(wǎng)型見圖1。測區(qū)基線長度最大560 m，最小160 m，平均303 m?；鶞?zhǔn)點和監(jiān)測點均為觀測墩，采用強(qiáng)制對中。每點分別在兩天的上午和下午觀測，共4個時段，每時段觀測30 min。檢校實驗區(qū)為四川某火電廠邊坡變形監(jiān)測區(qū)，選取基準(zhǔn)點2個，監(jiān)測點10個，測區(qū)基線長度最大281 m，最小37 m，平均156 m，同樣都為觀測墩，兩測區(qū)觀測技術(shù)要求相同。GNSS短邊實驗網(wǎng)見圖1。

圖1 GNSS短邊實驗網(wǎng)

3 精度分析

3.1觀測精度

3.1.1 單時段基線觀測精度

每條基線4個觀測時段，根據(jù)不同時段基線較差可統(tǒng)計出基線較差中誤差。每時段的觀測可認(rèn)為等精度觀測，根據(jù)誤差傳播理論，可根據(jù)較差中誤差得到單時段基線觀測精度，見表1。

3.1.2 單時段三維無約束平差成果精度

將每個時段的基線網(wǎng)分別進(jìn)行三維無約束平差，可獲取各時段每點的坐標(biāo)高程。根據(jù)同一點不同時段的坐標(biāo)差可統(tǒng)計出坐標(biāo)分量較差、高程較差及點位中誤差，見表2。

表1 單時段基線精度統(tǒng)計 (單位： mm)

表2 單時段點位精度統(tǒng)計 (單位： mm)

從表1、表2可知，單時段基線邊長中誤差為3.0 mm，點位中誤差4.0 mm，按平均邊長計算，相對精度為1/100000。顯然，能夠滿足電力工程各等級施工控制網(wǎng)的需要，且基本能夠滿足三等及以下水平位移監(jiān)測的要求，但不能滿足二等及以上水平位移監(jiān)測的需要。

3.1.3 雙時段基線精度

將每天上午和下午兩個時段的基線取平均值后作為觀測值，同樣可統(tǒng)計出雙時段基線較差中誤差及雙時段基線精度，見表3。

表3 雙時段基線精度統(tǒng)計 (單位： mm)

3.1.4 雙時段三維無約束平差成果精度

將雙時段基線平均值作為觀測值，進(jìn)行三維無約束平差，可獲取雙時段每點的坐標(biāo)高程。根據(jù)同一點不同雙時段的坐標(biāo)差可統(tǒng)計出坐標(biāo)分量較差、高程較差及點位中誤差，見表4。

表4 雙時段點位精度統(tǒng)計 (單位： mm)

從表3、表4可知，雙時段基線邊長中誤差為2.4 mm，點位中誤差3.0 mm。其精度較單時段均有較大提高，提高幅度與理論情況基本相符，即同精度兩次觀測精度可提高2倍，說明觀測數(shù)據(jù)是可靠的。按平均邊長計算，相對精度為1/126000。顯然，點位中誤差剛好符合二等水平位移監(jiān)測的要求，但邊長相對精度雖然接近但仍然不能滿足其需要。

3.2 與已知成果對比分析

以三個變形監(jiān)測基準(zhǔn)點為起算點，分別按單時段、雙時段、4時段對GNSS網(wǎng)進(jìn)行約束平差，平差結(jié)果與已知成果(采用全站儀按三等變形監(jiān)測精度要求進(jìn)行測量的成果)進(jìn)行比較，其精度統(tǒng)計見表5。

表5 GNSS成果與已知成果比較精度統(tǒng)計 (單位： mm)

從表5可以看出，增加觀測時段能夠提高成果精度，但顯著性不足。與已知成果比較統(tǒng)計的精度比GNSS自身要低，是由于已知成果也存在一定誤差。但兩者精度的量級相當(dāng)，說明實驗數(shù)據(jù)及結(jié)論是可靠的。

3.3 檢校實驗

檢校實驗與主實驗的測量與計算方法完成一致，其精度統(tǒng)計見表6。由于檢校實驗的邊長較短，其精度約高于主實驗區(qū)，但其量級與相對值均較為接近。

表6 檢校實驗成果精度統(tǒng)計 (單位： mm)

4 結(jié)論

通過實驗數(shù)據(jù)的精度統(tǒng)計，可以得出如下結(jié)論：

(1)GNSS采用單時段觀測能夠滿足電力工程各種等級的施工控制網(wǎng)測量，但應(yīng)注意保證對中精度，宜采用強(qiáng)制對中裝置。

(2)GNSS高程中誤差遠(yuǎn)大于2 mm，不能滿足各種等級垂直位移監(jiān)測的要求。

(3)GNSS采用單時段觀測能夠滿足電力工程三等及以下精度要求的水平位移監(jiān)測需要。監(jiān)測中應(yīng)保證對中精度和保持設(shè)備的一致性。

(4)增加觀測時段能夠提高成果精度，尤其是GNSS成果間較差中誤差。雙時段觀測精度可接近電力工程二等水平位移監(jiān)測精度要求，可以推測，4時段能夠達(dá)到其要求。

[1] 孔祥元，梅是義．控制測量學(xué)(上、下冊)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2003．

[2] 劉基余，等．全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M]．北京：測繪出版社，1993．

The Accuracy Research of Short Baselines for GNSS

CAI Yue-chao, FU Yuan-sheng, CHEN Ni
( Southwest Electric Power Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610021, China)

Through experiments,the article concludes situations of surveying accuracy of short baselines for GNSS. Combined with the requirements of the relevant power engineering surveying regulatories, the article analyzes and puts forward a view. GNSS observation with single period can meet the requirements for the construction control network surveying of various levels in power engineering, and the requirements for the horizontal displacement monitoring of the third and less precision, but it can not meet the requirements for the vertical displacement monitoring of various levels.

GNSS; accuracy; construction control network; horizontal displacement monitoring.

P2

：B

：1671-9913(2017)01-00

2016-01-26

蔡約超(1964- )，男，四川大竹人，高級工程師，主要從事電力勘測設(shè)計管理工作。