千尋差分定位技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

黃軍勝，龍華，黃良珂

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，南寧530023）

1 概述

水利工程建設(shè)關(guān)乎社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾最切身、最直接的利益，測量是保障水利工程安全建設(shè)和運(yùn)營的重要環(huán)節(jié)。由于大部分水利工程位置偏遠(yuǎn)，地形地勢(shì)復(fù)雜，傳統(tǒng)測量精度和效益難以滿足當(dāng)前水利工程建設(shè)要求[1]。隨著科技的發(fā)展，GPS定位技術(shù)解決了水利測量中精度低、效益差的問題[2]。文獻(xiàn)[3，4]論述了GPS測量技術(shù)在水利工程中的重要作用，表明利用該技術(shù)對(duì)水庫大壩進(jìn)行變形監(jiān)測，既可降低成本和節(jié)省人力物力，又可提高精確度和工作效率。GPS-RTK是基于GPS的載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和通訊系統(tǒng)3部分組成，在應(yīng)用中無需考慮兩點(diǎn)間通視，能獲得安全可靠、誤差小、精度高的位置數(shù)據(jù)、操作簡便、可全天候作業(yè)[5]。文獻(xiàn)[6]對(duì)GPS-RTK技術(shù)在農(nóng)田水利測量項(xiàng)目中應(yīng)用進(jìn)行了研究，表明GPS-RTK技術(shù)可提高農(nóng)田水利測量工作的整體效率。連續(xù)運(yùn)行參考站CORS（Continuous Operation Reference Station），是以全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，在一個(gè)城市、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國家范圍內(nèi)，按照一定的間距建立常年無間斷運(yùn)行的若干固定GNSS參考站組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[7]，可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高精度定位服務(wù)。CORSRTK相比于常規(guī)GPS-RTK，其技術(shù)更優(yōu)越，具有更好的模型和數(shù)據(jù)處理方法，解決了傳統(tǒng)RTK隨流動(dòng)站遠(yuǎn)離基準(zhǔn)站而導(dǎo)致定位精度和可靠性迅速降低等問題[8]，其在狹長的水利測量工程應(yīng)用中效率更高，精度更可靠。

千尋位置服務(wù)，屬于網(wǎng)絡(luò)RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。千尋位置以北斗衛(wèi)星系統(tǒng)（兼容GPS、GLONASS、Galileo）定位數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用遍及全國的數(shù)千個(gè)地基增強(qiáng)站和自主研發(fā)的定位算法，再通過互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)運(yùn)算，對(duì)定位誤差進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)高精度定位服務(wù)[9]，是千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司開發(fā)的一個(gè)基于北斗等多種衛(wèi)星定位系統(tǒng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的位置服務(wù)開放平臺(tái)。千尋位置網(wǎng)絡(luò)有限公司由中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司和阿里巴巴集團(tuán)共同出資組建，其根據(jù)定位精度分為FindM（亞米級(jí)）、FindCm（厘米級(jí)）和FindMm（毫米級(jí)），此外還有FindS（位置數(shù)據(jù)服務(wù)）和若干項(xiàng)位置增強(qiáng)服務(wù)。

水利工程多數(shù)處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，而在這些地區(qū)的測量工作存在高等級(jí)控制點(diǎn)偏少、可見衛(wèi)星數(shù)量偏少而信號(hào)不穩(wěn)定、且測量前必須架設(shè)基準(zhǔn)站等諸多問題，難以高效率地保證水利工程安全生產(chǎn)運(yùn)營，亟需尋找一種定位精度更高、覆蓋能力更強(qiáng)、作業(yè)方式更簡便的新型測量技術(shù)。為此，探索利用千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量進(jìn)行水利工程測量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文結(jié)合水利工程GNSS靜態(tài)實(shí)例數(shù)據(jù)，探討檢驗(yàn)千尋位置這一新測量技術(shù)所提供定位服務(wù)的精度及其在水利測量工程中的適用性。

2 千尋差分定位服務(wù)獲取

2.1 千尋差分定位服務(wù)覆蓋范圍

各省級(jí)的CORS差分服務(wù)范圍基本是針對(duì)本省范圍，而千尋位置差分服務(wù)則是針對(duì)全國性范圍建設(shè)的。如圖1所示，千尋FindCm厘米級(jí)差分服務(wù)覆蓋了我國東部沿海省份，而FindM則基本實(shí)現(xiàn)了全國覆蓋。

圖1 全國千尋FindCm（厘米級(jí)）服務(wù)覆蓋范圍

2.2 千尋位置差分帳號(hào)獲取

要使用千尋位置差分服務(wù)進(jìn)行GNSS RTK定位測量，首先需登錄www.qxwz.com千尋位置網(wǎng)注冊(cè)成為合法的認(rèn)證用戶。認(rèn)證用戶分為個(gè)人認(rèn)證與企業(yè)認(rèn)證兩種，經(jīng)過實(shí)名認(rèn)證的個(gè)人與企業(yè)用戶均可獲得約半個(gè)月的免費(fèi)試用帳號(hào)。

2.3 千尋位置差分服務(wù)接口參數(shù)

千尋位置差分服務(wù)根據(jù)提供服務(wù)的精度、坐標(biāo)系等類別不同，終端設(shè)備上需針對(duì)性配置不同的NTRIP參數(shù)：

（1）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)地址。域名：rtk.ntrip.qxwz.com或IP（60.205.8.49）；

（2）服務(wù)網(wǎng)絡(luò)端口。端口：8001對(duì)應(yīng)ITRF2008坐標(biāo)系；端口：8002對(duì)應(yīng)WGS84坐標(biāo)系；端口：8003對(duì)應(yīng)CGCS2000坐標(biāo)系；

（3）Mountpoint/源/掛 載 點(diǎn)：RTCM32_GGB或RTCM30_GG；

（4）差分賬號(hào)/密碼：用戶創(chuàng)建的差分賬號(hào)和密碼（可通過差分賬號(hào)管理頁面查看）。

3 在水利工程中的應(yīng)用分析

在水利工程的項(xiàng)目測量中，最先需要開展的測量工作就是采用GNSS靜態(tài)觀測方式進(jìn)行控制網(wǎng)的布測。但測區(qū)周邊的高等級(jí)國家控制點(diǎn)經(jīng)常被損壞，將導(dǎo)致測區(qū)無起算點(diǎn)可用的情況。在這種情況下，一般只能從更遠(yuǎn)的國家控制點(diǎn)通過靜態(tài)觀測網(wǎng)引測進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)，或利用各省CORS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GNSS RTK測量作業(yè)工作。可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK給水利工程測繪工作帶來極大的便利。因此，為了檢驗(yàn)千尋差分定位服務(wù)的精度、穩(wěn)定性、可靠性和可利用性等，通過利用某水利工程項(xiàng)目的靜態(tài)觀測網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)對(duì)千尋網(wǎng)絡(luò)差分服務(wù)性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)研究分析。

3.1 檢測比對(duì)方案設(shè)計(jì)

（1）GNSS靜態(tài)網(wǎng)平面采用CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，高程采用1985國家高程基準(zhǔn)，執(zhí)行《水利水電工程測量規(guī)范SL197-2013》五等網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)[10]，按GNSS控制網(wǎng)邊連接方式進(jìn)行觀測作業(yè)，各觀測采樣技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 GNSS控制網(wǎng)各觀測技術(shù)指標(biāo)

（2）采用千尋FindCm網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK作業(yè)方式進(jìn)行測量作業(yè)。平面坐標(biāo)系與高程基準(zhǔn)與靜態(tài)觀測網(wǎng)相同，差分?jǐn)?shù)據(jù)源采用基于GNSS RTK（載波相位差分）技術(shù)的RTCM32_GGB格式，播發(fā)頻率為1次/s。

3.2 GNSS儀器選用

儀器選用南方測繪儀器S86T三星雙頻GNSS測量型儀器，儀器均經(jīng)過國家產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督機(jī)構(gòu)年檢合格。

3.3 觀測作業(yè)及數(shù)據(jù)處理

（1）靜態(tài)網(wǎng)采用9臺(tái)雙頻GNSS儀器分3個(gè)時(shí)段總共觀測了22個(gè)控制點(diǎn)，其中連測了兩個(gè)國家C級(jí)GNSS控制點(diǎn)，靜態(tài)控制網(wǎng)形圖見圖2：

圖2 GNSS靜態(tài)控制網(wǎng)基線

（2）采用千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK作業(yè)方式共觀測了其中的6個(gè)GNSS控制點(diǎn)，觀測點(diǎn)控制均勻分布于控制網(wǎng)各處。利用簡易三腳架進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測采集，每個(gè)控制點(diǎn)采用平滑方式采集3次取平均值作為最終成果，成果資料見表2。

表2 千尋網(wǎng)絡(luò)RTK測量成果表m

（3）GNSS靜態(tài)控制網(wǎng)采用Trimble公司TBC2.7軟件包進(jìn)行基線處理及網(wǎng)平差，平面基準(zhǔn)采用CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，高斯投影（投影中央子午線為111度），高程基準(zhǔn)采用1985國家高程。GNSS網(wǎng)平差結(jié)果見表3。

表3 GNSS靜態(tài)控制網(wǎng)測量成果表m

3.4 數(shù)據(jù)成果資料對(duì)比分析

GNSS靜態(tài)測量能夠獲得厘米級(jí)的坐標(biāo)精度，因此本文以GNSS靜態(tài)觀測坐標(biāo)成果值為參考值，對(duì)千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK的測量精度進(jìn)行精度檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 GNSS靜態(tài)網(wǎng)與千尋網(wǎng)絡(luò)RTK測量所得控制點(diǎn)坐標(biāo)成果誤差統(tǒng)計(jì)表m

由表4可知，①GNSS靜態(tài)網(wǎng)成果相對(duì)千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量成果，在X與Y軸方向差值均為正值，由此表明千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量成果與GNSS靜態(tài)網(wǎng)坐標(biāo)成果存在一定的系統(tǒng)誤差；②千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量成果相對(duì)GNSS靜態(tài)網(wǎng)的平面中誤差為±0.08 m、高程中誤差為±0.05 m，表明千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量精度可滿足《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（CH／T2009-2010）GNSS RTK碎部點(diǎn)測量精度要求[11]，即平面中誤差≤圖上中誤差±0.5 mm，而高程中誤差則應(yīng)小于等于相應(yīng)比例尺成圖要求（1/3等高距）；③千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK碎部點(diǎn)測量精度能滿足《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）各種比例尺地形圖的測量精度要求[12]。

4 結(jié)語

千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK具有定位精度高、快速獲得固定解、實(shí)現(xiàn)全國性覆蓋、無需自建基站、能全天候提供持續(xù)可用的網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK厘米級(jí)高精度定位服務(wù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文通過利用傳統(tǒng)的高精度GNSS靜態(tài)觀測成果對(duì)千尋差分網(wǎng)的觀測成果進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，在一定程度上驗(yàn)證了千尋差分網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK的測量精度能滿足水利工程規(guī)范對(duì)各種比例尺的地形圖測量的精度要求。因此，建議將千尋網(wǎng)絡(luò)GNSS RTK測量技術(shù)用于水利工程中的地形測量等基礎(chǔ)測繪，可提升測量作業(yè)工作效率，更好地降低工程成本，取得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。