蔡約超，付元盛，陳 妮

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)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(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021)

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

GNSS；精度；施工控制網(wǎng)；水平位移監(jiān)測(cè)。

1 概述

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)相對(duì)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(zhǎng)距離(幾千米到幾千千米)的相對(duì)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(duì)定位中，受儀器的固定誤差影響，相對(duì)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(cè)設(shè)計(jì)階段，無(wú)論是各種等級(jí)的基礎(chǔ)控制測(cè)量，還是廠變測(cè)圖、線路選線定位，GNSS都成為當(dāng)前的主流測(cè)量手段。然而，在施工控制網(wǎng)測(cè)量中，邊長(zhǎng)一般200～500 m，相對(duì)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(méi)有給出具體規(guī)定，使其應(yīng)用受到限制；在變形監(jiān)測(cè)中，邊長(zhǎng)一般200～600 m，相對(duì)精度要求更是高達(dá)1/80000～1/200000，相關(guān)規(guī)范沒(méi)有提及GNSS方法，實(shí)際應(yīng)用更為鮮見(jiàn)。

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

2 實(shí)驗(yàn)概況

GNSS短邊精度研究實(shí)驗(yàn)分別在兩個(gè)工地進(jìn)行。主實(shí)驗(yàn)區(qū)為貴州某火電廠灰壩變形監(jiān)測(cè)區(qū)，實(shí)驗(yàn)前，采用全站儀及水準(zhǔn)測(cè)量按三等變形監(jiān)測(cè)精度要求進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)采用7臺(tái)Tri mble R10和R8(標(biāo)稱精度3 mm+0.5 ppm)，同時(shí)在3個(gè)檢測(cè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)上設(shè)立參考站，實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)25個(gè)，點(diǎn)位分布及網(wǎng)型見(jiàn)圖1。測(cè)區(qū)基線長(zhǎng)度最大560 m，最小160 m，平均303 m。基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為觀測(cè)墩，采用強(qiáng)制對(duì)中。每點(diǎn)分別在兩天的上午和下午觀測(cè)，共4個(gè)時(shí)段，每時(shí)段觀測(cè)30 min。檢校實(shí)驗(yàn)區(qū)為四川某火電廠邊坡變形監(jiān)測(cè)區(qū)，選取基準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，測(cè)區(qū)基線長(zhǎng)度最大281 m，最小37 m，平均156 m，同樣都為觀測(cè)墩，兩測(cè)區(qū)觀測(cè)技術(shù)要求相同。GNSS短邊實(shí)驗(yàn)網(wǎng)見(jiàn)圖1。

圖1 GNSS短邊實(shí)驗(yàn)網(wǎng)

3 精度分析

3.1觀測(cè)精度

3.1.1 單時(shí)段基線觀測(cè)精度

每條基線4個(gè)觀測(cè)時(shí)段，根據(jù)不同時(shí)段基線較差可統(tǒng)計(jì)出基線較差中誤差。每時(shí)段的觀測(cè)可認(rèn)為等精度觀測(cè)，根據(jù)誤差傳播理論，可根據(jù)較差中誤差得到單時(shí)段基線觀測(cè)精度，見(jiàn)表1。

3.1.2 單時(shí)段三維無(wú)約束平差成果精度

將每個(gè)時(shí)段的基線網(wǎng)分別進(jìn)行三維無(wú)約束平差，可獲取各時(shí)段每點(diǎn)的坐標(biāo)高程。根據(jù)同一點(diǎn)不同時(shí)段的坐標(biāo)差可統(tǒng)計(jì)出坐標(biāo)分量較差、高程較差及點(diǎn)位中誤差，見(jiàn)表2。

表1 單時(shí)段基線精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

表2 單時(shí)段點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

從表1、表2可知，單時(shí)段基線邊長(zhǎng)中誤差為3.0 mm，點(diǎn)位中誤差4.0 mm，按平均邊長(zhǎng)計(jì)算，相對(duì)精度為1/100000。顯然，能夠滿足電力工程各等級(jí)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(cè)的要求，但不能滿足二等及以上水平位移監(jiān)測(cè)的需要。

3.1.3 雙時(shí)段基線精度

將每天上午和下午兩個(gè)時(shí)段的基線取平均值后作為觀測(cè)值，同樣可統(tǒng)計(jì)出雙時(shí)段基線較差中誤差及雙時(shí)段基線精度，見(jiàn)表3。

表3 雙時(shí)段基線精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

3.1.4 雙時(shí)段三維無(wú)約束平差成果精度

將雙時(shí)段基線平均值作為觀測(cè)值，進(jìn)行三維無(wú)約束平差，可獲取雙時(shí)段每點(diǎn)的坐標(biāo)高程。根據(jù)同一點(diǎn)不同雙時(shí)段的坐標(biāo)差可統(tǒng)計(jì)出坐標(biāo)分量較差、高程較差及點(diǎn)位中誤差，見(jiàn)表4。

表4 雙時(shí)段點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

從表3、表4可知，雙時(shí)段基線邊長(zhǎng)中誤差為2.4 mm，點(diǎn)位中誤差3.0 mm。其精度較單時(shí)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(cè)精度可提高2倍，說(shuō)明觀測(cè)數(shù)據(jù)是可靠的。按平均邊長(zhǎng)計(jì)算，相對(duì)精度為1/126000。顯然，點(diǎn)位中誤差剛好符合二等水平位移監(jiān)測(cè)的要求，但邊長(zhǎng)相對(duì)精度雖然接近但仍然不能滿足其需要。

3.2 與已知成果對(duì)比分析

以三個(gè)變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)為起算點(diǎn)，分別按單時(shí)段、雙時(shí)段、4時(shí)段對(duì)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(cè)精度要求進(jìn)行測(cè)量的成果)進(jìn)行比較，其精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5。

表5 GNSS成果與已知成果比較精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

從表5可以看出，增加觀測(cè)時(shí)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(jì)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(jí)相當(dāng)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論是可靠的。

3.3 檢校實(shí)驗(yàn)

檢校實(shí)驗(yàn)與主實(shí)驗(yàn)的測(cè)量與計(jì)算方法完成一致，其精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。由于檢校實(shí)驗(yàn)的邊長(zhǎng)較短，其精度約高于主實(shí)驗(yàn)區(qū)，但其量級(jí)與相對(duì)值均較為接近。

表6 檢校實(shí)驗(yàn)成果精度統(tǒng)計(jì) (單位： mm)

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度統(tǒng)計(jì)，可以得出如下結(jié)論：

(1)GNSS采用單時(shí)段觀測(cè)能夠滿足電力工程各種等級(jí)的施工控制網(wǎng)測(cè)量，但應(yīng)注意保證對(duì)中精度，宜采用強(qiáng)制對(duì)中裝置。

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

(3)GNSS采用單時(shí)段觀測(cè)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(cè)需要。監(jiān)測(cè)中應(yīng)保證對(duì)中精度和保持設(shè)備的一致性。

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

[1] 孔祥元，梅是義．控制測(cè)量學(xué)(上、下冊(cè))[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(cè)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(jí)工程師，主要從事電力勘測(cè)設(shè)計(jì)管理工作。