GNSS RTK測量方法在變形監測中的應用研究

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研究院，廣東 廣州 510635；2. 廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510635)

1 概述

GNSS RTK實時動態測量在地形測量、工程放樣領域已經有廣泛的應用。GNSS在工程監測領域一般采用靜態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域應用廣泛[1]，一般沒有用RTK進行工程變形監測。變形監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測領域用RTK進行變形監測是大家感興趣的問題。

2 試驗目的和試驗方案

本項目以測試不同環境條件下GNSS RTK的相對位置變化精度為試驗目的，探討RTK在變形監測領域應用條件。

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

RTK水平位移監測試驗具體試驗方法為：架設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變化。在不同的時間，重復上述測量7次。

RTK垂直位移監測試驗具體試驗方法：架設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，重復上述測量7次。

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

3 測量結果及分析

本項目水平位移、垂直位移各進行105個點位測試，測量結果見表1。

3.1 小山丘測試結果

在小山丘測試環境下，RTK監測水平位移、垂直位移標準差曲線如圖1所示。水平位移標準差最大值為0.67 cm，垂直位移標準差最大值為1.33 cm。小山丘的測試環境較好，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 建筑物樓頂測試結果

在建筑物樓頂測試環境下，RTK監測水平位移、垂直位移標準差曲線如圖2所示。水平位移標準差最大值為0.35 cm，垂直位移標準差最大值為0.52 cm。建筑物樓頂的測試環境較好，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 城區廣場測試結果

在城區廣場測試環境下，RTK監測水平位移、垂直位移標準差曲線如圖3所示。水平位移標準差最大值為1.95 cm，垂直位移標準差最大值為4.02 cm。城區廣場測試環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。

城市廣場區域對RTK監測結果的影響主要體現在兩個方面，一方面是周邊高層建筑物遮擋，有效衛星數量較少；另一方面是大量玻璃幕墻反射造成的多路徑效應。水利工程通常有大面積水域環境，大面積水域對RTK監測精度同樣有影響，需進行進一步研究[2]。

3.4 測量結果分析

從上述測量結果可以看出，在環境條件較好時，RTK監測水平位移標準差小于0.35 cm，取3倍標準差為極限誤差，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測。垂直位移標準差為0.52 cm，取3倍標準差為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。

當環境條件較差時，RTK監測水平位移標準差達到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的方法進行變形監測。其垂直位移標準差為4.02 cm，極限誤差為12.06 cm，不宜在工程變形監測中應用。

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

在監測精度提高方面，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測精度。

4 結語

1) 環境條件對RTK監測影響較大，在環境條件較好時，RTK監測可用于允許水平位移量為10～20 cm的工程項目的變形監測。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監測方便快速，基準點選擇范圍廣，可為現場施工監測帶來極大便利，大幅度提高工作效率。

2) 鑒于環境條件對RTK監測的影響，建議在工程現場進行現場試驗，確認RTK監測精度滿足工程要求。

3) 水利工程通常有大面積水域環境，大面積水域對RTK監測精度研究影響如何有待進一步研究；同時，多基站RTK測量對監測的精度影響也是下一步研究內容。