GNSS短边精度研究

蔡约超，付元盛，陈 妮

(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

GNSS短边精度研究

蔡约超，付元盛，陈 妮

(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)

文章通过实验，掌握了GNSS短边测量的精度状况，结合电力工程测量相关规范要求，分析提出GNSS采用单时段观测，能够满足电力工程各种等级的施工控制网测量和三等及以下精度要求的水平位移监测需要，但不能满足各种等级垂直位移监测的要求。

GNSS；精度；施工控制网；水平位移监测。

1 概述

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)相对定位的距离从几米到几千千米，不受通视影响，应用范围广泛。目前，一般认为GNSS在中长距离(几千米到几千千米)的相对定位精度可达10-6，最高可接近10-9，但在短边(几十米到几百米)相对定位中，受仪器的固定误差影响，相对精度一般只能达到10-5～10-4，甚至更低。因此，在电力工程勘测设计阶段，无论是各种等级的基础控制测量，还是厂变测图、线路选线定位，GNSS都成为当前的主流测量手段。然而，在施工控制网测量中，边长一般200～500 m，相对精度要求为1/20000～1/80000，相关规范虽认可GNSS方法，但在保证精度上却并没有给出具体规定，使其应用受到限制；在变形监测中，边长一般200～600 m，相对精度要求更是高达1/80000～1/200000，相关规范没有提及GNSS方法，实际应用更为鲜见。

文章旨在通过实验，确切掌握GNSS短边精度状况，以此分析其在这类项目中的应用范围及技术措施，为该类项目的应用提出技术要求及解决方案。

2 实验概况

GNSS短边精度研究实验分别在两个工地进行。主实验区为贵州某火电厂灰坝变形监测区，实验前，采用全站仪及水准测量按三等变形监测精度要求进行常规监测。实验采用7台Tri mble R10和R8(标称精度3 mm+0.5 ppm)，同时在3个检测基准控制点上设立参考站，实测监测点25个，点位分布及网型见图1。测区基线长度最大560 m，最小160 m，平均303 m。基准点和监测点均为观测墩，采用强制对中。每点分别在两天的上午和下午观测，共4个时段，每时段观测30 min。检校实验区为四川某火电厂边坡变形监测区，选取基准点2个，监测点10个，测区基线长度最大281 m，最小37 m，平均156 m，同样都为观测墩，两测区观测技术要求相同。GNSS短边实验网见图1。

图1 GNSS短边实验网

3 精度分析

3.1观测精度

3.1.1 单时段基线观测精度

每条基线4个观测时段，根据不同时段基线较差可统计出基线较差中误差。每时段的观测可认为等精度观测，根据误差传播理论，可根据较差中误差得到单时段基线观测精度，见表1。

3.1.2 单时段三维无约束平差成果精度

将每个时段的基线网分别进行三维无约束平差，可获取各时段每点的坐标高程。根据同一点不同时段的坐标差可统计出坐标分量较差、高程较差及点位中误差，见表2。

表1 单时段基线精度统计 (单位： mm)

表2 单时段点位精度统计 (单位： mm)

从表1、表2可知，单时段基线边长中误差为3.0 mm，点位中误差4.0 mm，按平均边长计算，相对精度为1/100000。显然，能够满足电力工程各等级施工控制网的需要，且基本能够满足三等及以下水平位移监测的要求，但不能满足二等及以上水平位移监测的需要。

3.1.3 双时段基线精度

将每天上午和下午两个时段的基线取平均值后作为观测值，同样可统计出双时段基线较差中误差及双时段基线精度，见表3。

表3 双时段基线精度统计 (单位： mm)

3.1.4 双时段三维无约束平差成果精度

将双时段基线平均值作为观测值，进行三维无约束平差，可获取双时段每点的坐标高程。根据同一点不同双时段的坐标差可统计出坐标分量较差、高程较差及点位中误差，见表4。

表4 双时段点位精度统计 (单位： mm)

从表3、表4可知，双时段基线边长中误差为2.4 mm，点位中误差3.0 mm。其精度较单时段均有较大提高，提高幅度与理论情况基本相符，即同精度两次观测精度可提高2倍，说明观测数据是可靠的。按平均边长计算，相对精度为1/126000。显然，点位中误差刚好符合二等水平位移监测的要求，但边长相对精度虽然接近但仍然不能满足其需要。

3.2 与已知成果对比分析

以三个变形监测基准点为起算点，分别按单时段、双时段、4时段对GNSS网进行约束平差，平差结果与已知成果(采用全站仪按三等变形监测精度要求进行测量的成果)进行比较，其精度统计见表5。

表5 GNSS成果与已知成果比较精度统计 (单位： mm)

从表5可以看出，增加观测时段能够提高成果精度，但显著性不足。与已知成果比较统计的精度比GNSS自身要低，是由于已知成果也存在一定误差。但两者精度的量级相当，说明实验数据及结论是可靠的。

3.3 检校实验

检校实验与主实验的测量与计算方法完成一致，其精度统计见表6。由于检校实验的边长较短，其精度约高于主实验区，但其量级与相对值均较为接近。

表6 检校实验成果精度统计 (单位： mm)

4 结论

通过实验数据的精度统计，可以得出如下结论：

(1)GNSS采用单时段观测能够满足电力工程各种等级的施工控制网测量，但应注意保证对中精度，宜采用强制对中装置。

(2)GNSS高程中误差远大于2 mm，不能满足各种等级垂直位移监测的要求。

(3)GNSS采用单时段观测能够满足电力工程三等及以下精度要求的水平位移监测需要。监测中应保证对中精度和保持设备的一致性。

(4)增加观测时段能够提高成果精度，尤其是GNSS成果间较差中误差。双时段观测精度可接近电力工程二等水平位移监测精度要求，可以推测，4时段能够达到其要求。

[1] 孔祥元，梅是义．控制测量学(上、下册)[M]．武汉：武汉大学出版社，2003．

[2] 刘基余，等．全球定位系统原理及其应用[M]．北京：测绘出版社，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

蔡约超(1964- )，男，四川大竹人，高级工程师，主要从事电力勘测设计管理工作。