国产GNSS接收机在高精度监测控制网中的应用分析.pdf

80测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月国产GNSS接收机在高精度监测控制网中的应用分析魏杰1格柔多吉刘勇1陈尚云马如坤（1.国网西藏电力有限公司拉萨发电公司，西藏拉萨8 50 0 0 0；2.四川中水成勘院测绘工程有限责任公司，四川成都6 10 0 7 2）摘要本文通过实际监测项目的观测数据，分析了国产GNSS接收机与进口GNSS接收机成果的精度，分析内容包括GNSS接收机时段成果与7 2 h成果的内符合精度分析、国产GNSS接收机与进口GNSS接收机成果的外符合精度分析，其中内符合精度指的是时段之间的符合性指标，外符合精度指的是国产GNSS接收机与进口GNSS接收机的成果比较得到的符合性指标，通过分析充分说明了国产GNSS接收机可用于高精度监测控制网。【关键词监测控制网；校核网；基准网；内符合精度；外符合精度中图分类号 P228Application Analysis of Domestic GNSS Receiver in High PrecisionWEI Jie GE SANG Duo-ji LIU Yong CHEN Shang-yun MA Ru-kun文献标识码 BMonitoring and Control Network文章编号16 7 4-50 19（2 0 2 3）0 2-0 0 8 0-0 61引言GNSS接收机类型种类繁多，其中进口接收机主要包括天宝GNSS接收机、徕卡GNSS接收机、拓普康GNSS接收机等品牌，国产接收机主要包括南方GNSS接收机、中海达GNSS接收机、华测GNSS接收机等品牌。无论是进口品牌还是国产品牌，最新款GNSS接收机的静态标称精度几乎都一样：水平精度：（2.5+0.5X10 D）m m；垂直精度：（5+0.510D）m m。但是在人们的心目中总把高精度与进口品牌联系在一起，而把国产品牌与低精度联系在一起，那么到底国产GNSS接收机的测量精度怎样呢，本文通过真实项目数据来回答这个问题。2项目一简介2.1全站仪安全监测控制网国内某抽水蓄能电站项目的工程监测控制网由校核网和基准网组成，其中校核网为五点组成的一等边角网，网点包括YX01、Y X0 2、Y X0 3、Y 0 1和Y02，基准网为10 点组成的一等边角网，网点编号为Y01Y10，网点分布及网形结构见图1。该网始建于2 0 0 4年，前期基准网点共8 个，2 0 0 8年“512”特大地震后，监测内容增加，增补了两个基准网点Y09、Y 10，全网由13 个具有强制对中装置的墩标点组成，至2 0 2 1年11月已进行11期复测，各期成果精度均满足混凝土坝安全监测技术规范DL/T5178，,按已知系统稳定性分析判定各点均为稳定点，各控制点成果见表1。Y02Y03YO4Y054y08Y06Y09Y10Y07图1安全监测控制网网点分布及网形结构2.2 GNSS 控制网从表1可知该网最高点与最低点高差约为6 42 m，由于水准测量存在系统误差，使得各期成果之间高差观测值之差远远大于规范规定的观测误差，给稳定性分析带来了极大的困难，虽然我们采用了已知系统分析法很好地解决了这一问题，但已有部分专家认为理由不充分，故2 0 19年起按全球定位系统（GPS）测量规范GB/T18314-20092的要求，采用接收机对监测控制网中选择的6 个点进行B级精度测量，用AYX02AYX03YX01Y01测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月以验证水准高差是否存在系统差的问题。2.2.1 2019 年 GNSS 网在大多数人的心目中高精度控制网必须用进口设备才能获得可靠的成果质量，因此就采用了6 台天宝GNSS接收机，在选定好的6 个墩标点进行了7 2 h不间断观测。网形见图2。Y02Y034YO1YO8Y07图 2 GNSS 网形图2.2.2 2021 年 GNSS网2021年复测因诸多原因改用了6 台国产GNSS接收机架设在相同的墩标上进行了7 2 h观测。3精度分析3.1各时段控制点平差成果序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02注：表中mp为平面位置中误差，m为高程中误差，各点均按单期平差最弱点的最大值除以根号12 计算得到。序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02812019年天宝GNSS接收机平差成果见表2 至表5；2 0 2 1年国产GNSS接收机平差成果见表6 至表9。3.2内符合精度分析3.2.1坐标成果中误差分析从3.1节各表中可知，天宝GNSS观测数据各时段平差成果坐标中误差基本一致，而7 2 h平差结果AYX02显示坐标中误差比时段平差的坐标中误差大，说明时段平差成果内符合精度高于三个时段合并平差的内符合精度。国产GNSS观测数据第一时段平差成果坐标中误差略高于第二时段和第三时段，而7 2 h平差结果显示坐标中误差与第二时段和第三时段的坐标中误差一致，说明时段平差成果内符合精度与三个时段合并平差的内符合精度基本一致。国产GNSS接收机时段平差成果的坐标中误差略大于天宝GNSS接收机，而7 2 h平差成果坐标中误差基本一致。从坐标中误差看出无论是进口还是国产GNSS接收机的平差成果内符合精度均非常高。3.2.2时段坐标与7 2 h坐标较差分析各时段坐标与7 2 h坐标比较情况见表10、表11和图3。表16 个GNSS网点全站仪边角网12 期加权均值成果X(m)Y(m)39663.96747475.389640827.50117779.012140808.90147014.167838689.78067123.466039265.39167202.684740968.87458896.3376表2 2 0 19年第一时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.203571603.5336-58651.307371544.5459-58820.577673137.6205-58884.237172776.2051-60528.608671438.8187表3 2 0 19年第二时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.203071603.5323-58651.307171544.5453-58820.577473137.6206-58884.236872776.2059-60528.607871438.8157H(m)2104.20231777.65271681.56942324.04022233.78731694.4582Z(m)mx(mm)100326.76670.0101187.33090.2101110.57070.299578.18030.2100037.59670.2101289.71820.2Z(m)mx(mm)100326.76670.0101187.33080.2101110.57120.299578.18080.2100037.59730.2101289.71740.2mp(mm)0.380.380.380.380.380.38my(mm)0.00.20.30.20.20.3my(mm)0.00.20.30.20.20.3m(mm)0.570.570.570.570.570.57mz(mm)0.00.20.20.20.20.2mz(mm)0.00.20.20.20.20.282序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名1Y012Y023Y034Y075Y086YX02测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月表42 0 19年第三时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.203271603.5342-58651.307671544.5459-58820.578473137.6205-58884.237772776.2049-60528.607971438.8193表52 0 19年7 2 h三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.203171603.5337-58651.307371544.5461-58820.577773137.6204-58884.236972776.2053-60528.607871438.8186表6 2 0 2 1年第一时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.199171603.4912-58651.302671544.4825-58820.574573137.6451-58884.235172776.2164-60528.600971438.7668表7 2 0 2 1年第二时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.198971603.4928-58651.302571544.4842-58820.574873137.6454-58884.235372776.2165-60528.600271438.7686表8 2 0 2 1年第三时段三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.198671603.4883-58651.302471544.4800-58820.574973137.6489-58884.235572776.2182-60528.599771438.7644表92 0 2 1年7 2 h三维坐标平差成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.198971603.4914-58651.302571544.4827-58820.574773137.6453-58884.235372776.2166-60528.600471438.7673z(m)100326.7667101187.3298101110.569699578.1807100037.5970101289.7180Z(m)100326.7667101187.3312101110.570999578.1806100037.5972101289.7188Z(m)100326.7667101187.3094101110.537999578.1958100037.6059101289.6917z(m)100326.7667101187.3101101110.539099578.1964100037.6061101289.6925Z(m)100326.7667101187.3082101110.537599578.1984100037.6070101289.6898Z(m)100326.7667101187.3096101110.538499578.1962100037.6060101289.6918mx(mm)0.00.20.20.20.20.2mx(mm)0.00.30.40.40.40.4mx(mm)0.00.30.30.30.30.3mx(mm)0.00.40.40.40.40.4mx(mm)0.00.40.40.40.40.4mx(mm)0.00.40.40.40.40.4my(mm)0.00.20.30.20.20.3my(mm)0.00.40.40.40.40.4my(mm)0.00.30.30.30.30.3my(mm)0.00.40.40.40.40.4my(mm)0.00.40.40.40.40.4my(mm)0.00.40.40.40.40.4mz(mm)0.00.20.20.20.20.2mz(mm)0.00.30.40.40.40.4mz(mm)0.00.30.30.30.30.3mz(mm)0.00.40.40.40.40.4mz(mm)0.00.40.40.40.40.4mz(mm)0.00.40.40.40.40.4测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月序号点名X1Y012Y023Y034Y075Y086YX02序号点名AX1Y012Y023Y034Y075Y086YX02321Y01Y02Y03Y07Y08YX02图3 时段差异量比较从表10 可知，天宝GNSS接收机成果坐标较差三维七参数转换模型将国产GNSS接收机7 2 h的三最大绝对值为2.9mm，最大点位较差为3.2 mm；维地心坐标转换为已知系统成果，再将转换成果成果从表11可知，国产GNSS接收机成果坐标较差最大与天宝GNSS成果进行比对，得到外符合精度。经分绝对值为3.6 mm，最大点位较差为4.2 mm。由此析6 个点均为稳定点，因此按6 点计算已知系统转换可见国产GNSS接收机与进口GNSS接收机的时段坐模型，转换模型计算成果见表12。标与7 2 h坐标较差有一定的差异，但差异较小。根据表12，国产GNSS成果与天宝GNSS成果3.3外符合精度分析转换模型的空间位置中误差为0.55mm。将天宝7 2 h的三维地心坐标作为已知系统，按国产GNSS地心坐标转换成果计算见表13。表12 已知系统转换模型计算表参数解算点数6缩放系数k1.0000004602模型精度mx、m y、m z (m m)国产GNSS三维地心坐标成果点名x(m)Y0159145.4578Y02-59416.1989Y03-58651.3025Y07-58820.5747Y08-58884.2353YX02-60528.600483表10 天宝GNSS接收机时段坐标与7 2 h坐标比较（单位：mm）第一时段YZ0.00.0-0.4-0.10.0-0.20.10.1-0.2-0.2-0.80.1表11国产GNSS接收机时段坐标与7 2 h坐标比较第一时段Y0.00.0-0.2-0.2-0.1-0.20.2-0.20.2-0.2-0.5-0.5差异量(mm)天宝GNSS接收机4旋转角x（）旋转角y（）旋转角z（）平移参数x（m)-0.6028459-0.02088570.30.3y(m)z(m)72462.9153100326.766771603.4914101187.309671544.4827101110.538473137.645399578.196272776.2166100037.606071438.7673101289.6918第二时段XAY0.00.0-0.30.5-0.20.3-0.30.3-0.50.6-0.61.0P0.00.0-0.20.3-0.50.5-0.40.5-0.10.3-0.10.7第二时段较差32第三时段较差第一时段较差1Y01Y02 Y03 Y07Y08YX02-0.0673208平移参数Ay（m)0.3平移参数h(m)天宝三维地心坐标成果X(m)Y(m)-59145.457872462.9153-59416.198671603.4883-58651.302471544.4800-58820.574973137.6489-58884.235572776.2182-60528.599771438.7644第三时段ZP0.00.00.1-1.40.2-0.80.30.20.10.60.0-2.9第二时段AXY0.00.00.01.40.01.5-0.10.10.0-0.10.21.3差异量(mm)小国产GNSS接收机4AX0.00.0-0.41.50.30.90.20.40.10.6-1.43.2交（单位：mm)ZP0.00.00.51.50.61.60.20.20.10.10.71.5Y0.00.0-0.10.5-0.3-0.2-0.70.1-0.8-0.4-0.10.7第三时段YZP0.00.00.3-3.10.1-2.7-0.23.6-0.21.60.7-2.9第三时段较差第二时段较差第一时段较差ZP0.00.0-1.41.5-1.31.30.10.7-0.20.9-0.81.10.00.0-1.43.4-0.92.82.24.21.01.9-2.03.60.04070.2795-0.2634Z(m)100326.7667101187.3082101110.537599578.1984100037.6070101289.689884点名x(m)Y01-59145.4578Y02-59416.1989Y03-58651.3025Y07-58820.5747Y08-58884.2353YX02-60528.6004从表13 知，已知系统转换后，成果之间的空间位置较差最大为1.2 mm。由此可见国产GNSS接收机用于高精度监测控制网可行。4项目二项目二位于雅江流域，该项目GNSS信号接收条件相对项目一要差些，成果是采用国产GNSS接收机获得的，以其中2 0 2 1年和2 0 2 2 年两期的7 2 h观测三维地心坐标成果进行分析。根据表14，2 0 2 1年成果的空间位置中误差为2022年成果的2 倍多，大地高方向的中误差为平面中误差的2 倍左右。将表14的大地坐标转换为地心大地坐标点名坐标系GNSS012000GNSS022000GNSS032000TN042000TN052000GNSS012000GNSS022000GNSS032000TN042000TN052000点名XGNSSO1-*0877.2459GNSS02*1200.6481GNSS03-*1458.8099TN04-*0755.7347TN05-*1314.7556测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月表13 转换成果与天宝成果比较表国产GNSS地心坐标国产GNSS地心坐标转换成果y(m)z(m)72462.9153100326.766771603.4914101187.309671544.4827101110.538473137.645399578.196272776.2166100037.606071438.7673101289.6918表14观测数据直接平差成果表L（）*1.5048803259*1.5100382561*1.5110355136*1.5051107529*1.5109093157*1.5048803259*1.5100382429*1.5110355110*1.5051107419*1.51090931292022年成果（m）Y*1848.8554*1831.0309*1718.5917*0959.2949*1202.0774转换-天宝(mm)X(m)Y(m)-59145.457872462.9157-59416.198671603.4888-58651.301971544.4805-58820.574873137.6483-58884.235372776.2180-60528.600671438.7639坐标进行年度之间的符合性分析。根据表15，直接成果比较，5个点计算的空间点位中误差为6.0 mm。以2 0 2 1年成果为已知系统，将2 0 2 2 年成果归算为已知系统成果再进行比较，计算实际的监测中误差。转换模型和成果比较见表16和表17。根据表16,将2 0 2 2 年成果按已知系统转换后与2 0 2 1年成果进行符合性分析得到空间位置中误差为1.6 mm。根据表17，将2 0 2 2 年转换成果与2 0 2 1年成果进行符合性分析得到空间位置中误差为1.6 mm，转换为平面位置中误差为0.7 2 mm，大地高中误差为1.44 mm。备注B()h(m)E26.4125252990E26.4121559087E26.4127134329E26.4230259133E26.4202509976E26.4125252990E26.4121558970E26.4127134370E26.4230259080E26.4202509959表152 0 2 1年和2 0 2 2 年地心坐标成果比较表2021年成果（m）ZX*8081.7885*0877.2459*7979.1287*1200.6515*8142.5549-*1458.8105*9871.2643*0755.7350*9092.3606-*1314.7543Z(m)100326.7673101187.3081101110.536699578.1984100037.6073101289.6900中误差(mm)BLhN1065.0470N1062.6785N1085.1353N1068.9908N1033.7771N1065.0470N1062.6776N1085.1364N1069.0047N1033.7881Y*1848.8554*1831.0294*1718.5911*0959.2814*1202.0674XYZP0.00.40.60.70.00.5-0.10.50.5 0.5-0.91.20.1-0.60.00.70.2-0.20.3 0.4-0.9-0.50.21.0P0.0 0.00.00.00.50.51.41.50.40.51.31.52021年0.5 0.51.41.60.50.51.30.0 0.00.00.00.20.20.60.60.2 0.20.60.72022年0.30.30.70.80.2 0.20.6 0.72022-2021(mm)ZXY*8081.78850.0*7979.1323-3.4-1.53.75.2*8142.5533-0.6-0.6-1.61.9*9871.2595-0.3-13.5-4.814.3*9092.35611.3-10.0-4.511.11.50.00.00.0P测绘第46 卷第2 期2 0 2 3 年4月参数解算点数缩放系数k模型精度mx、m y、m z (m m)点名x(m)GNSSO1*0877.2459GNSS02-*1200.6481GNSS03-*1458.8099TN04-*0755.7347TN05-*1314.75562022成果点名x(m)GNSSO1*0877.2459GNSS02*1200.6481GNSS03-*1458.8099TN04-*0755.7347TN05-*1314.75565结论通过实际监测项目的数据分析可知，观测条件较好的项目一中国产GNSS接收机测量精度与进口顶级品牌测量精度虽然有一些差异，但采用已知系统归算后7 2 h成果之间的空间位置中误差为0.55mm，按高程方向误差为平面方向的2 倍进行误差分解后，平面位置中误差为0.2 5mm，大地高中误差为0.49mm；观测条件较差的项目二平面位置中误差为0.7 2 mm，大地高中误差为1.44mm。由此可见国产GNSS接收机完全可以用于高精度监测控制网测量。85表16 已知系统转换模型计算表5旋转角x（)旋转角y（)旋转角（）平移参数x(m)1.0000001406-1.60847210.92022y(m)*1848.8554*1831.0309*1718.5917*0959.2949*1202.0774表17 已知系统转换成果与2 0 2 1年成果比较表2022转换成果y(m)z(m)*1848.8554*8081.7885*1831.0309*7979.1287*1718.5917*8142.5549*0959.2949*9871.2643*1202.0774*9092.360618.62040.1182529-0.62170270.71.1z(m)X(m)*8081.7885-*0877.2459*7979.1287-*1200.6515*8142.5549-*1458.8105*9871.2643-*0755.7350*9092.3606-*1314.7543X(m)Y(m)-*0877.2471*1848.8553*1200.6493*1831.0307-*1458.8108*1718.5894-*0755.7343*0959.2811*1314.7555*1202.06811D L/T 517 8，混凝土坝安全监测技术规范S.2G BT 18 3 14-2 0 0 9，全球定位系统（GPS）测量规范S.收稿日期 2 0 2 2-0 3-19【作者简介魏杰（197 0-），男，高级工程师，主要从事电力规划和建设工作。平移参数Ay(m)平移参数 h(m)2021Y(m)*1848.8554*1831.0294*1718.5911*0959.2814*1202.0674转换-2 0 2 1（mm)Z(m)XYZP*8081.7897-1.30.01.2 1.8*7979.12962.21.3-2.83.8*8142.5548-0.3-1.71.52.3*9871.25890.7-0.2-0.60.9*9092.3567-1.30.70.61.6参考文献24.9539-43.2557Z(m)*8081.7885*7979.1323*8142.5533*9871.2595*9092.3561