如何提高ＲＴＫ在鐵路定測(cè)中的精度

李成豐

【摘要】RTK技術(shù)作為一種先進(jìn)的測(cè)量手段,極大地改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式,提高了鐵路定測(cè)作業(yè)效率,節(jié)約了大量的人力物力,為測(cè)量工作帶來(lái)了巨大變革。本文將對(duì)如何提高RTK在鐵路定測(cè)中的精度做相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】RTK 鐵路定測(cè) 精度

一、RTK測(cè)量及其精度研究概述

1.RTK測(cè)量

RTK(Real Time Kinematics)是一種基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅接收來(lái)自基準(zhǔn)站的載波相位信息,還要接收來(lái)自于GPS衛(wèi)星的載波相位信息,并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。載波相位差分GPS分為兩類:一類是基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標(biāo);另一類是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶進(jìn)行求差,解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù),后者為真正的RTK技術(shù)。

為取得高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)坐標(biāo),RTK儀器現(xiàn)在一般采用載波相位差分測(cè)量。進(jìn)行載波相位差分測(cè)量的關(guān)鍵是要求取整周模糊度。

2.RTK測(cè)量精度

RTK作業(yè)也有其自身的局限性,例如其在測(cè)量過(guò)程中要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站共同觀測(cè)五顆以上GPS衛(wèi)星,因此容易受到測(cè)站周圍地形地物的影響,另外地物反射造成的多路徑效應(yīng)也是影響RTK測(cè)量精度的一個(gè)重要因素。RTK基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)是通過(guò)無(wú)線電臺(tái)發(fā)射的數(shù)據(jù)鏈傳送的,因此對(duì)無(wú)線電造成干擾的各種因素都會(huì)對(duì)RTK作業(yè)造成影響。由于這些因素的影響,降低了RTK的測(cè)量精度,目前測(cè)繪工作者對(duì)于這些影響因素的研究已經(jīng)進(jìn)行得很深入,也提出了一些解決辦法。同時(shí)還對(duì)各種精度損失的原因進(jìn)行了分析,建立了數(shù)學(xué)模型予以消除或減弱。但對(duì)測(cè)量作業(yè)方式造成的精度損失的討論卻很少。

RTK儀器的標(biāo)稱精度都采用a+b×D的表示方式表述,其中a為固定誤差,一般以mm為單位;b為比例誤差,以ppm(即10-6)為單位。D為基準(zhǔn)站到流動(dòng)站之間的距離。由RTK儀器的精度標(biāo)稱方式我們可以看出,利用RTK測(cè)量時(shí)得到的點(diǎn)位誤差隨流動(dòng)站到基準(zhǔn)站距離的增加而增大。從RTK在工程測(cè)量中的應(yīng)用情況來(lái)看,使用RTK進(jìn)行兩點(diǎn)校正后進(jìn)行點(diǎn)位的測(cè)量與放樣是一種常見(jiàn)的作業(yè)方式,研究在這種作業(yè)方式中測(cè)量點(diǎn)位誤差變化情況以及如何估計(jì)RTK的測(cè)量精度對(duì)于實(shí)際工作具有指導(dǎo)意義。RTK測(cè)量得到的三維坐標(biāo)中,高程為大地高,而我國(guó)使用正常高高程系統(tǒng)作為工程測(cè)量的依據(jù),因此測(cè)繪工作中并不使用大地高,造成了數(shù)據(jù)的浪費(fèi)。為了能夠有效地利用大地高數(shù)據(jù),研究區(qū)域范圍內(nèi)大地高與水準(zhǔn)高程的轉(zhuǎn)化問(wèn)題具有實(shí)際意義。

二、RTK測(cè)量特性分析

GPS生產(chǎn)商在RTK出廠時(shí)都會(huì)標(biāo)明其測(cè)量所能達(dá)到的精度水平,即以“a+b×D”的形式給出RTK儀器在測(cè)量過(guò)程中所能達(dá)到的精度水平。實(shí)際工作中,RTK流動(dòng)站的測(cè)量結(jié)果往往不穩(wěn)定,以Trimble R8為例表現(xiàn)為在20mm范圍內(nèi)變化。若進(jìn)行地形測(cè)量或dm級(jí)的定位測(cè)量中,可不考慮此影響,但若要提高測(cè)量精度進(jìn)行mm級(jí)的定位時(shí),則必須考慮RTK測(cè)量結(jié)果達(dá)到最優(yōu)所需的條件。

為研究RTK測(cè)量結(jié)果達(dá)到穩(wěn)定與時(shí)間的關(guān)系,對(duì)RTK測(cè)量的三維坐標(biāo)隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先,選取接收GPS衛(wèi)星信號(hào)好的開闊場(chǎng)地架設(shè)基準(zhǔn)站。然后在其附近架設(shè)流動(dòng)站,要保持由基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間電臺(tái)信號(hào)通訊良好,設(shè)置好采樣間隔,進(jìn)行連續(xù)采樣。

綜合相關(guān)結(jié)論可以看出,RTK測(cè)量坐標(biāo)具有明顯的偶然誤差特性。在增加測(cè)量時(shí)間后可以提高精度水平,采樣時(shí)間逐漸增加后觀測(cè)結(jié)果的平均值趨于穩(wěn)定。可以利用增加觀測(cè)時(shí)間并取均值的辦法來(lái)提高測(cè)量精度。

三、RTK平面測(cè)量精度分析

RTK測(cè)量提供實(shí)時(shí)坐標(biāo)是其優(yōu)于其它測(cè)量方式的最主要方面。在利用RTK進(jìn)行測(cè)量工作前首先要對(duì)其進(jìn)行校正,校正的的主要方法有:參數(shù)法和工地校正法。參數(shù)法包括三參數(shù)法、四參數(shù)法、七參數(shù)法。工地校正是指在實(shí)地測(cè)量已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo),將其與已知坐標(biāo)進(jìn)行校正;工地校正可選取用兩點(diǎn)校正、多點(diǎn)校正等多種形式。使用兩個(gè)已知點(diǎn)校正后進(jìn)行測(cè)量或放樣是一種較為常見(jiàn)的作業(yè)方法。因此,對(duì)兩點(diǎn)校正的精度情況進(jìn)行研究,對(duì)實(shí)際工作具有指導(dǎo)意義。

在線路測(cè)中,RTK的測(cè)量精度隨距離的遠(yuǎn)近發(fā)生變化。在作業(yè)過(guò)程中,流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的誤差“a+b×D”隨距離的增加而表現(xiàn)得并不明顯(每公里只增加1mm),但是點(diǎn)校正引入的定向誤差造成的點(diǎn)位誤差變化則非常明顯,設(shè)測(cè)量點(diǎn)位到基準(zhǔn)站的距離為S1,用于流動(dòng)站校正的已知點(diǎn)到基準(zhǔn)站距離為S2,則由其定向引入的點(diǎn)位誤差與S2/S1相關(guān),即測(cè)量邊與校正邊比值越大,測(cè)量得到的點(diǎn)位誤差越大。因此在進(jìn)行線路測(cè)量RTK作業(yè)時(shí),一定要根據(jù)設(shè)計(jì)精度與已知點(diǎn)間的距離計(jì)算其可進(jìn)行滿足精度要求的作業(yè)距離。

四、RTK測(cè)量影響因素分析

RTK測(cè)量誤差主要包括以下幾個(gè)方面。

1.同信號(hào)傳播有關(guān)的誤差。包括電離折射、對(duì)流層折射和多路徑效應(yīng)誤差。

2.同接收機(jī)有關(guān)的誤差。接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強(qiáng)度誤差等。

3.外界環(huán)境影響。如車輛影響、無(wú)線電信號(hào)通道影響等。

RTK進(jìn)行作業(yè)時(shí),基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離一般為幾公里至十幾公里。在這樣的距離情況下,由衛(wèi)星至兩點(diǎn)觀測(cè)站電磁波傳播路徑上的大氣狀況甚為相似,因此基準(zhǔn)站與流動(dòng)站所受到的電離層誤差、對(duì)流層誤差影響均可通過(guò)差分得以消除。多路徑效應(yīng)是RTK測(cè)量誤差的主要來(lái)源;其是由測(cè)站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)(反射波)進(jìn)入接收機(jī)天線,對(duì)直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)(直接波)產(chǎn)生干涉,從而使觀測(cè)值偏離直值產(chǎn)生的。多路徑效應(yīng)的大小可以由其產(chǎn)生的一般情況進(jìn)行推導(dǎo),得出多路徑效應(yīng)對(duì)于L1載波其最大影響約為4.8cm,對(duì)于L2載波其最大影響為6.1cm。

參考文獻(xiàn):

[1]袁新強(qiáng).GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)優(yōu)劣性分析[J].鐵道勘察,2006,(3):7-9.

[2]M.C.DE LACY,F.Sansò,A.J.GIL,G.G.Rodríguez-Caderot.A Method For The Ionospheric Delay Estimation And Interpolation In A Local GPS Network[J].Studia Geophysicaet Geodaetica,2005,49(1):63-84.

[3]胡友健,曾云,陳剛,梁新美,李梅.用GPS快速靜態(tài)定位進(jìn)行短基線平面控制測(cè)量的試驗(yàn)[J].礦山測(cè)量,2002,(1):51-52.