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        GNSS RTK測量方法在變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究

        2020-03-07 14:53:29陳思堅方大勇姚華國廖珊珊余允吉楊躍珊丘文新
        廣東水利水電 2020年2期
        關(guān)鍵詞:測試環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)差測點

        陳思堅,方大勇,姚華國,廖珊珊,余允吉,楊躍珊,丘文新

        (1. 廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東 廣州 510635;2. 廣東省巖土工程技術(shù)研究中心,廣東 廣州 510635)

        1 概述

        GNSS RTK實時動態(tài)測量在地形測量、工程放樣領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。GNSS在工程監(jiān)測領(lǐng)域一般采用靜態(tài)測量的方法以獲得毫米級的測量精度。RTK測量方便快速,采用實時載波相位差分定位(Real TimekinematicRTK)是實時處理兩個定位站載波相位觀測量的方法,能夠獲得厘米級的定位精度,在需要高精度測量的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1],一般沒有用RTK進行工程變形監(jiān)測。變形監(jiān)測主要考察測點的相對變化,RTK測量相對位置變化精度如何,能否在一些允許變形較大的施工監(jiān)測領(lǐng)域用RTK進行變形監(jiān)測是大家感興趣的問題。

        2 試驗?zāi)康暮驮囼灧桨?/h2>

        本項目以測試不同環(huán)境條件下GNSS RTK的相對位置變化精度為試驗?zāi)康?,探討RTK在變形監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用條件。

        測試儀器采用華測I70 GNSS接收機2臺,支持BDS、GPS、GLONASS和GALILEO 4星系數(shù)據(jù)。該儀器RTK標(biāo)稱精度平面為±(8+1×10-6×D) mm,高程為±(15+1×10-6×D) mm。

        RTK水平位移監(jiān)測試驗具體試驗方法為:架設(shè)RTK基站,將流動站固定在對中桿上,選取1~2個測點,測量測點平面位置,然后分別移動2.0 cm、4.0 cm、6.0 cm、8.0 cm、10.0 cm,測量各測點的平面坐標(biāo)變化。在不同的時間,重復(fù)上述測量7次。

        RTK垂直位移監(jiān)測試驗具體試驗方法:架設(shè)RTK基站,將流動站固定在對中桿上,選取1個測點,測量測點高程,然后分別拉高對中桿2.0 cm、4.0 cm、6.0 cm、8.0 cm、10.0 cm,測量各測點的高程變化。在不同的時間,重復(fù)上述測量7次。

        RTK監(jiān)測對周邊環(huán)境有要求,上述試驗分別在3種不同的環(huán)境下進行測量試驗:一是在小山丘上,附近有樹木;二是在建筑物樓頂,四周空曠;三是在城區(qū)廣場,附近有大面積玻璃幕墻。

        3 測量結(jié)果及分析

        本項目水平位移、垂直位移各進行105個點位測試,測量結(jié)果見表1。

        3.1 小山丘測試結(jié)果

        在小山丘測試環(huán)境下,RTK監(jiān)測水平位移、垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差曲線如圖1所示。水平位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為0.67 cm,垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為1.33 cm。小山丘的測試環(huán)境較好,只有零星樹木,水平精度因子HDOP測值在0.638~1.143之間,高程精度因子VDOP測值在0.869~1.762之間。

        3.2 建筑物樓頂測試結(jié)果

        在建筑物樓頂測試環(huán)境下,RTK監(jiān)測水平位移、垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差曲線如圖2所示。水平位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為0.35 cm,垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為0.52 cm。建筑物樓頂?shù)臏y試環(huán)境較好,周邊空曠,水平精度因子HDOP測值在0.607~0.830之間,高程精度因子VDOP測值在1.018~1.901之間。

        3.3 城區(qū)廣場測試結(jié)果

        在城區(qū)廣場測試環(huán)境下,RTK監(jiān)測水平位移、垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差曲線如圖3所示。水平位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為1.95 cm,垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差最大值為4.02 cm。城區(qū)廣場測試環(huán)境在本次測試中較差,水平精度因子HDOP測值在0.775~2.209之間,高程精度因子VDOP測值在1.477~16.325之間。

        城市廣場區(qū)域?qū)TK監(jiān)測結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在兩個方面,一方面是周邊高層建筑物遮擋,有效衛(wèi)星數(shù)量較少;另一方面是大量玻璃幕墻反射造成的多路徑效應(yīng)。水利工程通常有大面積水域環(huán)境,大面積水域?qū)TK監(jiān)測精度同樣有影響,需進行進一步研究[2]。

        3.4 測量結(jié)果分析

        從上述測量結(jié)果可以看出,在環(huán)境條件較好時,RTK監(jiān)測水平位移標(biāo)準(zhǔn)差小于0.35 cm,取3倍標(biāo)準(zhǔn)差為極限誤差,極限誤差為1.05 cm,若按一般工程測量110~120的測試精度推算,RTK水平位移測量可用于允許水平位移量為10~20 cm的工程項目的變形監(jiān)測。垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差為0.52 cm,取3倍標(biāo)準(zhǔn)差為1.56 cm,RTK垂直位移測量可用于允許沉降量為15~30 cm的工程項目的沉降測量。

        當(dāng)環(huán)境條件較差時,RTK監(jiān)測水平位移標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到1.95 cm,極限誤差為5.85 cm,允許水平位移量為60~117 cm的工程項目,才可用RTK的方法進行變形監(jiān)測。其垂直位移標(biāo)準(zhǔn)差為4.02 cm,極限誤差為12.06 cm,不宜在工程變形監(jiān)測中應(yīng)用。

        RTK變形監(jiān)測精度和環(huán)境密切相關(guān),建議在工程現(xiàn)場進行現(xiàn)場試驗,確認(rèn)RTK監(jiān)測精度滿足工程要求。在允許變形較大的工程項目中,RTK監(jiān)測方便快速,自動化程度高,人為干擾少,對測點和基準(zhǔn)點沒有通視要求,基準(zhǔn)點選擇范圍廣,若能在變形監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用可為現(xiàn)場施工監(jiān)測帶來極大便利,大幅度提高工作效率。

        在監(jiān)測精度提高方面,多基站測量可以提高測量精度[3],可以進行進一步的試驗研究。本項目試驗理論上包括對中桿的誤差,但實際由于測試過程短暫,對中桿誤差可能沒有完全反映,采用固定測墩可以提高監(jiān)測精度。

        4 結(jié)語

        1) 環(huán)境條件對RTK監(jiān)測影響較大,在環(huán)境條件較好時,RTK監(jiān)測可用于允許水平位移量為10~20 cm的工程項目的變形監(jiān)測。也可用于允許沉降量為15~30 cm的工程項目的沉降測量。在允許變形較大的工程項目中,采用RTK監(jiān)測方便快速,基準(zhǔn)點選擇范圍廣,可為現(xiàn)場施工監(jiān)測帶來極大便利,大幅度提高工作效率。

        2) 鑒于環(huán)境條件對RTK監(jiān)測的影響,建議在工程現(xiàn)場進行現(xiàn)場試驗,確認(rèn)RTK監(jiān)測精度滿足工程要求。

        3) 水利工程通常有大面積水域環(huán)境,大面積水域?qū)TK監(jiān)測精度研究影響如何有待進一步研究;同時,多基站RTK測量對監(jiān)測的精度影響也是下一步研究內(nèi)容。

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