GNSS RTK测量方法在变形监测中的应用研究

陈思坚，方大勇，姚华国，廖珊珊，余允吉，杨跃珊，丘文新

(1. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2. 广东省岩土工程技术研究中心，广东 广州 510635)

1 概述

GNSS RTK实时动态测量在地形测量、工程放样领域已经有广泛的应用。GNSS在工程监测领域一般采用静态测量的方法以获得毫米级的测量精度。RTK测量方便快速，采用实时载波相位差分定位(Real TimekinematicRTK)是实时处理两个定位站载波相位观测量的方法，能够获得厘米级的定位精度，在需要高精度测量的领域应用广泛[1]，一般没有用RTK进行工程变形监测。变形监测主要考察测点的相对变化，RTK测量相对位置变化精度如何，能否在一些允许变形较大的施工监测领域用RTK进行变形监测是大家感兴趣的问题。

2 试验目的和试验方案

本项目以测试不同环境条件下GNSS RTK的相对位置变化精度为试验目的，探讨RTK在变形监测领域应用条件。

测试仪器采用华测I70 GNSS接收机2台，支持BDS、GPS、GLONASS和GALILEO 4星系数据。该仪器RTK标称精度平面为±(8+1×10-6×D) mm，高程为±(15+1×10-6×D) mm。

RTK水平位移监测试验具体试验方法为：架设RTK基站，将流动站固定在对中杆上，选取1～2个测点，测量测点平面位置，然后分别移动2.0 cm、4.0 cm、6.0 cm、8.0 cm、10.0 cm，测量各测点的平面坐标变化。在不同的时间，重复上述测量7次。

RTK垂直位移监测试验具体试验方法：架设RTK基站，将流动站固定在对中杆上，选取1个测点，测量测点高程，然后分别拉高对中杆2.0 cm、4.0 cm、6.0 cm、8.0 cm、10.0 cm，测量各测点的高程变化。在不同的时间，重复上述测量7次。

RTK监测对周边环境有要求，上述试验分别在3种不同的环境下进行测量试验：一是在小山丘上，附近有树木；二是在建筑物楼顶，四周空旷；三是在城区广场，附近有大面积玻璃幕墙。

3 测量结果及分析

本项目水平位移、垂直位移各进行105个点位测试，测量结果见表1。

3.1 小山丘测试结果

在小山丘测试环境下，RTK监测水平位移、垂直位移标准差曲线如图1所示。水平位移标准差最大值为0.67 cm，垂直位移标准差最大值为1.33 cm。小山丘的测试环境较好，只有零星树木，水平精度因子HDOP测值在0.638～1.143之间，高程精度因子VDOP测值在0.869～1.762之间。

3.2 建筑物楼顶测试结果

在建筑物楼顶测试环境下，RTK监测水平位移、垂直位移标准差曲线如图2所示。水平位移标准差最大值为0.35 cm，垂直位移标准差最大值为0.52 cm。建筑物楼顶的测试环境较好，周边空旷，水平精度因子HDOP测值在0.607～0.830之间，高程精度因子VDOP测值在1.018～1.901之间。

3.3 城区广场测试结果

在城区广场测试环境下，RTK监测水平位移、垂直位移标准差曲线如图3所示。水平位移标准差最大值为1.95 cm，垂直位移标准差最大值为4.02 cm。城区广场测试环境在本次测试中较差，水平精度因子HDOP测值在0.775～2.209之间，高程精度因子VDOP测值在1.477～16.325之间。

城市广场区域对RTK监测结果的影响主要体现在两个方面，一方面是周边高层建筑物遮挡，有效卫星数量较少；另一方面是大量玻璃幕墙反射造成的多路径效应。水利工程通常有大面积水域环境，大面积水域对RTK监测精度同样有影响，需进行进一步研究[2]。

3.4 测量结果分析

从上述测量结果可以看出，在环境条件较好时，RTK监测水平位移标准差小于0.35 cm，取3倍标准差为极限误差，极限误差为1.05 cm，若按一般工程测量110～120的测试精度推算，RTK水平位移测量可用于允许水平位移量为10～20 cm的工程项目的变形监测。垂直位移标准差为0.52 cm，取3倍标准差为1.56 cm，RTK垂直位移测量可用于允许沉降量为15～30 cm的工程项目的沉降测量。

当环境条件较差时，RTK监测水平位移标准差达到1.95 cm，极限误差为5.85 cm，允许水平位移量为60～117 cm的工程项目，才可用RTK的方法进行变形监测。其垂直位移标准差为4.02 cm，极限误差为12.06 cm，不宜在工程变形监测中应用。

RTK变形监测精度和环境密切相关，建议在工程现场进行现场试验，确认RTK监测精度满足工程要求。在允许变形较大的工程项目中，RTK监测方便快速，自动化程度高，人为干扰少，对测点和基准点没有通视要求，基准点选择范围广，若能在变形监测领域应用可为现场施工监测带来极大便利，大幅度提高工作效率。

在监测精度提高方面，多基站测量可以提高测量精度[3]，可以进行进一步的试验研究。本项目试验理论上包括对中杆的误差，但实际由于测试过程短暂，对中杆误差可能没有完全反映，采用固定测墩可以提高监测精度。

4 结语

1) 环境条件对RTK监测影响较大，在环境条件较好时，RTK监测可用于允许水平位移量为10～20 cm的工程项目的变形监测。也可用于允许沉降量为15～30 cm的工程项目的沉降测量。在允许变形较大的工程项目中，采用RTK监测方便快速，基准点选择范围广，可为现场施工监测带来极大便利，大幅度提高工作效率。

2) 鉴于环境条件对RTK监测的影响，建议在工程现场进行现场试验，确认RTK监测精度满足工程要求。

3) 水利工程通常有大面积水域环境，大面积水域对RTK监测精度研究影响如何有待进一步研究；同时，多基站RTK测量对监测的精度影响也是下一步研究内容。