GNSS-RTK技术在港口工程围堤水平位移监测中的应用分析

◎ 黄海 中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

1.前言

GNSS-RTK是一类以卫星导航为基础，以定位系统为载体的导航设备。相较于其他类型的导航设备，其显著特点在于其可以精准、便捷、快速、全方位和全时段地提供定位服务以及导航服务。将南方GNSS-RTK系统应用到围堤的变形监控和测量时，可以有效的实现监测点放样，对于围堤的水平移动过程，提供静态测试数据。因此，GNSS-RTK可以显著提升围堤的变形监控的工作效率以及大幅缩减监测过程所需的费用。

2.GNSS-RTK定位技术的基本原理

GNSS-RTK是一项以载波相位监测作为理论依据的实时差分相对定位动态测量技术。其实现原理如下：在基站或者特定的站点上安装一台GNSS-RTK接收机,用于持续收取GNSS卫星信号，然后借助无线通信技术，将其所接收到的信息实时发送到监测点，最后通过相对位置计算原理进行坐标信息的解析。其具体的操作过程如下：将GNSS-RTK接收机安装在特定的站点上，建立基准站点，然后开启接收机，并手动录入所选取的坐标系统，接着开始特定参数的转换以及校准，其他的接收机则在需要观测的位点上完成RTK测量。

3.GNSS-RTK技术在港口工程围堤监测中应用

3.1 监测点位放样应用

港口工程围堤监测项目大都远离岸边，基准点位置需设置在陆上不受施工影响的稳定区域内，其位置远离施工现场，工作基点与基准点相距较远且受现场环境影响，与基准点之间常因条件限制不能两两完全通视，故利用传统的全站仪进行放样时需要进行多次的转站，多次转站后其精度大大减小且耗时较大。对于钦州港东航道扩建工程（一期）吹填区平整工程围堤变形监测工程项目，其在工程项目之初，现场监测点放样所使用的是全站仪极坐标放样方式。因为围堤的放样点之间相距比较远，而且放样分布不规则，采用该放样方式时，需要提前进行基准点位的距离计算与角度计算，才能精准地完成现场监测点的放样。相比于其他类型的放样方式，全站仪极坐标放样虽然能够在一定程度上提升放样效率，但是提升幅度非常有限。采购和应用两套南方GNSS-RTK系统，则可以借助其动态测量模式，预先进行测量的七个参数的校正，然后将所得到的转换参数用于现场监测点位的放样。基于GNSS-RTK的放样方式，可以有效地提升现场监测点位放样的准确性，达到工程项目的放样要求。此外，该放样方式还可以明显加速测量进程，显著提升测量效率以及缩减测量所需的费用。

3.2 水平位移静态测量应用

3.2.1 水平位移静态测量可靠性分析

就围堤监测而言，其中的水平位移监测工作大都由全站仪来完成。然而，因为在使用全站仪进行水平位移测量时，是以极坐标法来进行定位的，所以其观测结果必然会受到观测距离和通视条件的变化而发生改变。相比之下，GNSS-RTK测量方式则可以借助其卫星来传送信号，能够有效地避免全站仪在围堤水平位移监测应用中的弊端，为了分析其可靠性，结合钦州港东航道扩建工程（一期）吹填区平整工程，在基准点HJ09E和HJ10E附近做4个监测点WY1、WY2、WY3、WY4,使用TS09 Plus l" R500全站仪（测距精度1mm+1.5ppm.测角精度1"）采用一级导线法连续三天测出4个监测点的坐标值，然后同时利用GNSSRTK连续三天在同一时段分别进行相同监测点坐标数据采集，共进行三组数据比对观测，按要求进行数据处理后的数据比较结果见表1-表3。同时对于全站仪和RTK的观测数据各自分别以第1组数据作为初始值，之后的两组数据分别与初始值对比结果见表4。

表1 第一组RTK观测成果与全站仪数据对比

表2 第二组RTK观测成果与全站仪数据对比

表3 第三组RTK观测成果与全站仪数据对比

表4 RTK与全站仪各自三组观测数据对比结果汇总表

对照表1-表3中数据比对结果可知，两种仪器对同1点观测的坐标X差值最大为0.008m,坐标Y差值最大为0.006m,GNSS-RTK与全站仪测得的监测点坐标分量差异在扣除误差因素影响的情况下，其结论一致；同时从表4显示的各自坐标相对变化量显示，RTK 观测的相对变化量最大为3mm，全站仪观测的相对变化量最大为2mm，作为以观测结构位置相对变化量的水平位移监测来说，两种仪器的观测结果也是一致的，所以利用GNSS-RTK进行水平位移静态测量具备可靠性能满足工程变形要求。

3.2.2 水平位移静态测量工程实例应用

在钦州港东航道扩建工程（一期）吹填区平整工程中，由于部分处在围堤边沿处的观测点与测试的基准点的距离相对较远，甚至已经超出了全站仪的测量范围。而如果选取GNSS-RTK静态测量系统进行水平位移监测，则可以将南方GNSSRTK接收机安装在业主所选定的两个站点上，也即HJ09E与HJ10E，再在LSBZ60和LSBZ70两个观测点上分别安装两台接收机。其中，在围堤水平位移监测过程中，要保证至少有四个卫星进行水平位移观测，而每个站点的观测时长至少为45min，采样周期设定为10s。在获取定位数据信息后，借助南方数据处理软件，可以得到LSBZ60和LSBZ70的坐标数据。借助全站仪，选取LSBZ70和LSBZ60分别为前视点和后视点，根据极坐标法换算出LSBZ61-LSBZ69的坐标数据。在陆域吹填过程中，将GNSS-RTK与全站仪结合起来，共同完成对LSBZ60-LSBZ70的持续监测。

在获取和分析了围堤内侧回填施工过程中的围堤水平位移实时数据后，可以得出，在回填过程中，围堤的水平位移量增加比较快，而在完成回填后，水平位移数据变化速度明显减弱且最终保持恒定，整个围堤回填过程都是在安全状态下完成的。由上述成功实施的工程案例可知，将GNSS-RTK与全站仪结合在一起，用于监测港口工程围堤项目水平位移状态，具有良好的可操作性与准确性，可以有效地降低监测场地附近难以设定基准点的水平位移观测工作难度。

4.GNSS-RTK定位技术的误差分析与控制

4.1 误差分析

GNSS-RTK在定位过程中的误差包括系统性误差与偶然性误差。其中，前者指的是由于信号发射、接收以及传输设备等产生的误差。而后者指的是因为人为因素、工作环境因素以及数据处理方式等产生的误差。

4.2 误差控制

4.2.1 仪器性能保证

应保证参与工作的所有仪器工作状态正常、参数准确，处于合格的检定期内并定期进行自校]2.2进行现场对比观测

根据现场比对观测试验结果以及观测环境等因素，分析RTK监测技术的误差来源及其影响因素，进而完善监测方法，以减小误差，最终确保数据的可靠性。

4.2.3 采用EXECL软件

先对外业获取的数据信息进行汇总，再借助EXECL完成计算并分析差值较大的观测点，全面地分析可能对监测结果产生波动的各项因素，针对部分系统误差，则需要对其进行校正，而另一部分难以确定误差因素的数据，则应当将其从对比数据中剔除，这样才能最大限度地确保对比结果的科学性与客观性。

5.结语

使用GNSS-RTK进行测量作业，具有携带方便、方法简捷、定位速度快等优点，能够较好应用于港口工程围堤监测测量工作，能够提高工作效率，但也存在测量精度不高、受外界条件干扰产生误差不定等缺点。通过对误差进行分析，采取相应的误差控制，可以大大减小误差。