RTK_GPS动态定位精度测试研究

1、第28卷第5期2008年10月大地测量与地球动力学JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICSVo.l28No.5Oct.,2008文章编号:16715942(2008)05006503RTKGPS动态定位精度测试研究秦世伟1,2)*谷川潘国荣1)1)1)同济大学测量与国土信息工程系,上海2)上海大学土木工程系,上海200072正弦运动与圆圈运动方式下3种模拟运动装置,摘要测试了RTKGPS动态定位的背景噪声;设计直线运动、并测试了这3种运动模式下RTKGPS的定位精度和效果。测试结果表明,设计的RTKGPS精度测试方法能比较直观地了解RTKGPS的定位精度和优越性。关键词RT

2、KGPS;动态定位;精度测试;背景噪声;模拟运动装置中图分类号:TB22文献标示码:ARESEARCHONACCURACYTESTOFRTKGPSDYNAMICPOSITIONINGQinShiwei,GuChuan1,2)1)andPanGuorong1)1)DepartmentofSurveyingandGeoInformatics,TongjiUniversity,Shanghai2)DepartmentofCivilEngineering,ShanghaiUniversity,Shanghai200072AbstractBackgroundnoiseofRTKGPSistested.T

3、hreemovementsimulationequipmentsaredesigned,whicharelinearmovemen,tsinusoidalmovementandcircularmovemen.tPositioningaccuracyandeffectsofRTKGPSunderthreemovementpatternsaretested.TestresultsindicatethatthetestmethodsdesignedcanmakethepositioningaccuracyandadvantagesofRTKGPSunderstooddirectly,whichhas

4、certainpositivesignificanceforextendingtheapplicationofRTKGPSindynamicmonitoringoflarge-scaleengineeringbuildingsandnaturaldisasters.Keywords:RTKGPS;dynamicpositioning;accuracytes;tbackgroundnoise;movementsimulationequipment1引言当前,工程建筑物以及自然灾害动态监测可采取的方法主要有两种:基于智能全站仪的实时动态变形监测系统以及基于RTKGPS的实时动态变形监测系统。两种方

5、法既可单独采用,也可以结合使用。例如,苏通大桥成桥检测实验中就同时采取了这两种动态变形监测方法,采用测量机器人测量桥体在加载下的竖向位移,RTKGPS技术测量大桥两个塔柱顶端的水平位移,测量取得了很好的效果。对于智能全站仪,由于其测量精度由仪器的测*角和测距精度决定,其精度测试比较简单,且全站仪的技术也已非常成熟,一般情况下全站仪所能取得的测量精度均略高于仪器的标称精度。对于RTKGPS来讲,其定位精度主要受PDOP、差分距离及观测环境等多种因素的影响,存在不确定性。在苏通大桥进行成桥检测之前,由于大桥管理单位对RTKGPS技术持保留意见,为证明RTKGPS技术在动态变形监测领域的优越性和所能

6、达到的高精度,测试了RTKGPS动态定位的背景噪声;并且设计和加工了几种运动模拟机械装置,对RTKGPS动态定位的收稿日期:20080307:男,年生,讲师,.E-mlqswan163.co66大地测量与地球动力学28卷精度进行了测试,说明了RTKGPS技术的先进性和可靠性,对RTKGPS的推广应用具有一定的积极意义。随着RTKGPS技术的发展和完善,特别是精度和采样频率的提高以及软件部分的进步,用于建筑物动态监测和振动特征分析的可能性也成为现实。科研人员对利用RTKGPS技术对建筑物进行动态变形特征测量进行了大量的研究,该领域出现了很多的研究文献和成果1-7参考站和流动站的GPS天线均放置在

7、固定的位置。图1所示为在固定不动的流动站采集的3分钟的X、Y坐标信号数据。虽然流动站没有移动,但是X、Y方向坐标在1cm左右的范围内波动。误差可认为是RTKGPS测量系统的背景噪声。应当注意的是,背景噪声受PDOP影响,而PDOP取决于卫星的几何排列。计算得到,在1Hz采样频率下,RTKGPS的背景噪声水平为3.4mm;在10Hz采样频率下的背景噪声水平为4.0mm。由于高层建筑、大桥塔柱等在日照、风力等作用下的运动近似于一定的几何运动,故模拟3种几何运动方式(直线运动、正弦运动以及圆圈运动)测试RTKGPS在这些运动模式下的精度,模拟中测试频率为1Hz和10Hz。采用机械的方式可以比较精确地

8、确定位于模拟运动装置上的流动站接收机随时间变化的位置,误差可控制毫米以内,故认为在模拟运动装置上的RTKGPS接收机的运动轨迹是已知的。2RTKGPS动态定位精度测试在测试RTKGPS动态定位的背景噪声后,模拟测试了直线运动、正弦运动以及圆圈运动3种常见的运动方式下RTKGPS所能达到的定位精度。精度测试采用的设备是两台TrimbleR8GPS接收机。为尽量接近大桥成桥检测试验情况,参考站距离流动站的距离约为1km。2.1RTKGPS背景噪声测试图13分钟的RTKGPS背景噪声Fig.1RTKGPSbackgroundnoisefor3minute2.2直线运动模拟设计的模拟直线运动的机械装置

9、示意图如图2。的3分钟的数据如图5所示。图2模拟直线运动状态下RTKGPS精度测试示意图Fig.2SketchofRTKGPSaccuracytestinsimulatedlinearmovementstate图3直线运动模式下RTKGPS精度测试结果Fig.3RTKGPSaccuracytestresultinlinearmovement分别用1Hz和10Hz两种采样频率采样得到了3分钟的数据(图3)。2.3正弦运动模拟设计的模拟正弦运动装置示意图如图4。分别用1Hz和10Hz两种采样频率采样得到Fig.4图4正弦运动RTKGPS精度测试示意图CartoonforRTKGPSaccuracy

10、testinsinusoidalm第5期秦世伟等:RTKGPS动态定位精度测试研究67的塔柱最大水平位移为25cm,按照最大允许位移值的1/20确定观测精度,RTKGPS技术完全能够满足成桥检测实验中塔柱顶部水平位移的测量精度要求。3结语RTKGPS定位精度主要受PDOP、差分距离及观测环境等多种因素的影响,存在不确定性。在苏图5正弦运动RTKGPS精度测试结果Fig.5RTKGPSaccuracytestresultinsinusoidalmovement通大桥成桥检测试验之前,为消除大桥管理方对RTKGPS定位方式测量精度的担忧,笔者对RTKGPS动态定位精度进行了测试。测试内容包括背景噪

11、声测试以及在模拟的3种常见运动模式下的动态定位精度。测试结果表明,RTKGPS的动态定位精度较高,能够很好地描述出运动物体的运动轨迹,并且完全能够满足大桥塔柱顶端水平位移测量精度的要求。参turesJ.与实际的运动轨迹相比较,可计算得到,在1Hz采样频率下,正弦运动精度为4.4mm;10Hz采样频率下,正弦运动的精度为5.2mm。2.4圆圈运动模拟设计的模拟圆圈运动的装置示意图如图6所示。考文献1elebiM.GPSindynamicmonitoringoflongperiodstrucSoilDynamicsandEarthquakeEngineering,2000,20:477-483.2

12、PeterBreuer,eta.lApplicationofGPStechnologytomeasurementsofdisplacementsofhighrisestructuresduetoweak图6圆圈运动RTKGPS精度测试示意图Fig.6SketchforRTKGPSaccuracytestincircularmovementwindsJ.JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,2002,90:223-230.3XuL,GuoJJandJiangJJ.Timefrequencyanalysisofasuspensionbr

13、idgebasedonGPSJ.JournalofSoundandVibration,2002,254(1):105-116.4TamuraaY,eta.lMeasurementofwindinducedresponseofbuildingsusingRTKGPSJ.JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,2002,90:1783-1793.5NickitopoulouA,ProtopsaltiKandStirosS.Geodesymonitoringdynamicandquasistaticdeformationsoflargefl

14、exibleengineeringstructureswithGPS:Accuracy,482.6MengX,DodsonAHandRobertsGW.DetectingbridgedynamicswithGPSandtriaxialaccelerometersJ.EngineeringStructures,2007.do:i10.1016/.jengstruct.图7圆圈运动RTKGPS精度测试结果Fig.7RTKGPSaccuracytestresultincircularmovement2007.03.012.7秦世伟,谷川,潘国荣.基于GA的建筑物振动多频率成分辨识J.大地测量与地球动力学,2008,28(4):121-124.7QinShiwe,iGuChuanandPanGuorong.MultifrequencycomponentanalysisofbuildingoscillationbasedonGAJ.JournalofGeodesyandGeodynamics,2008,28(4):121-124.(inChi