千寻差分定位技术在水利工程中的应用

黄军胜，龙华，黄良珂

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁530023）

1 概述

水利工程建设关乎社会经济发展和人民群众最切身、最直接的利益，测量是保障水利工程安全建设和运营的重要环节。由于大部分水利工程位置偏远，地形地势复杂，传统测量精度和效益难以满足当前水利工程建设要求[1]。随着科技的发展，GPS定位技术解决了水利测量中精度低、效益差的问题[2]。文献[3，4]论述了GPS测量技术在水利工程中的重要作用，表明利用该技术对水库大坝进行变形监测，既可降低成本和节省人力物力，又可提高精确度和工作效率。GPS-RTK是基于GPS的载波相位动态实时差分技术，由基准站、流动站和通讯系统3部分组成，在应用中无需考虑两点间通视，能获得安全可靠、误差小、精度高的位置数据、操作简便、可全天候作业[5]。文献[6]对GPS-RTK技术在农田水利测量项目中应用进行了研究，表明GPS-RTK技术可提高农田水利测量工作的整体效率。连续运行参考站CORS（Continuous Operation Reference Station），是以全球卫星导航系统为基础，结合计算机、数据通信和互联网等技术，在一个城市、一个地区或一个国家范围内，按照一定的间距建立常年无间断运行的若干固定GNSS参考站组成的网络系统[7]，可实现大范围内的高精度定位服务。CORSRTK相比于常规GPS-RTK，其技术更优越，具有更好的模型和数据处理方法，解决了传统RTK随流动站远离基准站而导致定位精度和可靠性迅速降低等问题[8]，其在狭长的水利测量工程应用中效率更高，精度更可靠。

千寻位置服务，属于网络RTK差分数据服务。千寻位置以北斗卫星系统（兼容GPS、GLONASS、Galileo）定位数据为基础，利用遍及全国的数千个地基增强站和自主研发的定位算法，再通过互联网大数据运算，对定位误差进行修正，实现高精度定位服务[9]，是千寻位置网络有限公司开发的一个基于北斗等多种卫星定位系统、云计算和大数据技术的位置服务开放平台。千寻位置网络有限公司由中国兵器工业集团公司和阿里巴巴集团共同出资组建，其根据定位精度分为FindM（亚米级）、FindCm（厘米级）和FindMm（毫米级），此外还有FindS（位置数据服务）和若干项位置增强服务。

水利工程多数处于偏远地区，而在这些地区的测量工作存在高等级控制点偏少、可见卫星数量偏少而信号不稳定、且测量前必须架设基准站等诸多问题，难以高效率地保证水利工程安全生产运营，亟需寻找一种定位精度更高、覆盖能力更强、作业方式更简便的新型测量技术。为此，探索利用千寻网络GNSS RTK测量进行水利工程测量具有重要的现实意义，本文结合水利工程GNSS静态实例数据，探讨检验千寻位置这一新测量技术所提供定位服务的精度及其在水利测量工程中的适用性。

2 千寻差分定位服务获取

2.1 千寻差分定位服务覆盖范围

各省级的CORS差分服务范围基本是针对本省范围，而千寻位置差分服务则是针对全国性范围建设的。如图1所示，千寻FindCm厘米级差分服务覆盖了我国东部沿海省份，而FindM则基本实现了全国覆盖。

图1 全国千寻FindCm（厘米级）服务覆盖范围

2.2 千寻位置差分帐号获取

要使用千寻位置差分服务进行GNSS RTK定位测量，首先需登录www.qxwz.com千寻位置网注册成为合法的认证用户。认证用户分为个人认证与企业认证两种，经过实名认证的个人与企业用户均可获得约半个月的免费试用帐号。

2.3 千寻位置差分服务接口参数

千寻位置差分服务根据提供服务的精度、坐标系等类别不同，终端设备上需针对性配置不同的NTRIP参数：

（1）服务网络地址。域名：rtk.ntrip.qxwz.com或IP（60.205.8.49）；

（2）服务网络端口。端口：8001对应ITRF2008坐标系；端口：8002对应WGS84坐标系；端口：8003对应CGCS2000坐标系；

（3）Mountpoint/源/挂 载 点：RTCM32_GGB或RTCM30_GG；

（4）差分账号/密码：用户创建的差分账号和密码（可通过差分账号管理页面查看）。

3 在水利工程中的应用分析

在水利工程的项目测量中，最先需要开展的测量工作就是采用GNSS静态观测方式进行控制网的布测。但测区周边的高等级国家控制点经常被损坏，将导致测区无起算点可用的情况。在这种情况下，一般只能从更远的国家控制点通过静态观测网引测进行控制网布设，或利用各省CORS网络进行GNSS RTK测量作业工作。可靠稳定的网络GNSS RTK给水利工程测绘工作带来极大的便利。因此，为了检验千寻差分定位服务的精度、稳定性、可靠性和可利用性等，通过利用某水利工程项目的静态观测网观测数据对千寻网络差分服务性能指标进行检验研究分析。

3.1 检测比对方案设计

（1）GNSS静态网平面采用CGCS2000国家大地坐标系，高程采用1985国家高程基准，执行《水利水电工程测量规范SL197-2013》五等网标准[10]，按GNSS控制网边连接方式进行观测作业，各观测采样技术指标见表1。

表1 GNSS控制网各观测技术指标

（2）采用千寻FindCm网络GNSS RTK作业方式进行测量作业。平面坐标系与高程基准与静态观测网相同，差分数据源采用基于GNSS RTK（载波相位差分）技术的RTCM32_GGB格式，播发频率为1次/s。

3.2 GNSS仪器选用

仪器选用南方测绘仪器S86T三星双频GNSS测量型仪器，仪器均经过国家产品质量检验监督机构年检合格。

3.3 观测作业及数据处理

（1）静态网采用9台双频GNSS仪器分3个时段总共观测了22个控制点，其中连测了两个国家C级GNSS控制点，静态控制网形图见图2：

图2 GNSS静态控制网基线

（2）采用千寻网络GNSS RTK作业方式共观测了其中的6个GNSS控制点，观测点控制均匀分布于控制网各处。利用简易三脚架进行数据观测采集，每个控制点采用平滑方式采集3次取平均值作为最终成果，成果资料见表2。

表2 千寻网络RTK测量成果表m

（3）GNSS静态控制网采用Trimble公司TBC2.7软件包进行基线处理及网平差，平面基准采用CGCS2000国家大地坐标系，高斯投影（投影中央子午线为111度），高程基准采用1985国家高程。GNSS网平差结果见表3。

表3 GNSS静态控制网测量成果表m

3.4 数据成果资料对比分析

GNSS静态测量能够获得厘米级的坐标精度，因此本文以GNSS静态观测坐标成果值为参考值，对千寻网络GNSS RTK的测量精度进行精度检验，统计结果见表4。

表4 GNSS静态网与千寻网络RTK测量所得控制点坐标成果误差统计表m

由表4可知，①GNSS静态网成果相对千寻网络GNSS RTK测量成果，在X与Y轴方向差值均为正值，由此表明千寻网络GNSS RTK测量成果与GNSS静态网坐标成果存在一定的系统误差；②千寻网络GNSS RTK测量成果相对GNSS静态网的平面中误差为±0.08 m、高程中误差为±0.05 m，表明千寻网络GNSS RTK测量精度可满足《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH／T2009-2010）GNSS RTK碎部点测量精度要求[11]，即平面中误差≤图上中误差±0.5 mm，而高程中误差则应小于等于相应比例尺成图要求（1/3等高距）；③千寻网络GNSS RTK碎部点测量精度能满足《工程测量规范》（GB50026-2007）各种比例尺地形图的测量精度要求[12]。

4 结语

千寻网络GNSS RTK具有定位精度高、快速获得固定解、实现全国性覆盖、无需自建基站、能全天候提供持续可用的网络GNSS RTK厘米级高精度定位服务等诸多优点。本文通过利用传统的高精度GNSS静态观测成果对千寻差分网的观测成果进行了检验分析，在一定程度上验证了千寻差分网络GNSS RTK的测量精度能满足水利工程规范对各种比例尺的地形图测量的精度要求。因此，建议将千寻网络GNSS RTK测量技术用于水利工程中的地形测量等基础测绘，可提升测量作业工作效率，更好地降低工程成本，取得更高的经济效益和社会效益。