RTK測(cè)量精度檢定方法初探

劉玉林

摘 要：RTK技術(shù)是目前工程上最為常見(jiàn)的一種測(cè)量技術(shù)和方法，其主要應(yīng)用控制測(cè)量、工程設(shè)計(jì)、地形測(cè)繪以及建設(shè)放樣等多個(gè)工作領(lǐng)域，是最近幾年發(fā)展較為迅速的一種測(cè)量技術(shù)。該種測(cè)量技術(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性受到衛(wèi)生數(shù)量、信號(hào)傳播路徑和方式、信號(hào)接收機(jī)的種類以及測(cè)量環(huán)境和方法的作用因素的影響，這些因素的影響可能是測(cè)量產(chǎn)生較大的偏差，進(jìn)而使整個(gè)工程的測(cè)量準(zhǔn)確性降低。為了對(duì)測(cè)量精度的檢定方法進(jìn)行分析和探究，文章首先對(duì)產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行分析，然后結(jié)合具體的案例提出測(cè)量精度檢定的方法，最后提出應(yīng)該采用怎樣的措施提高測(cè)定的精度。為今后有效的開(kāi)展精度檢定工作提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：RTK測(cè)量；誤差原因；精度檢定方法

RTK測(cè)量方法是伴隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展而誕生的一種新的測(cè)量技術(shù)，隨著這種測(cè)量方法的不斷發(fā)生和成熟，目前已經(jīng)在諸多的工程測(cè)量領(lǐng)域得到了應(yīng)用。這種測(cè)量技術(shù)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的特征，是在載波觀測(cè)相位技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，在工程放樣、設(shè)計(jì)，地形測(cè)繪和控制測(cè)量等諸多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在測(cè)量工作中這種技術(shù)已經(jīng)取代了原有的機(jī)械和光學(xué)測(cè)量技術(shù)。不僅在很大程度上提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)也極大的降低了測(cè)量工作人員的工作量和其工作過(guò)程中的危險(xiǎn)性。這種技術(shù)在實(shí)際測(cè)量工作中的不斷應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性容易受到衛(wèi)星數(shù)量、信號(hào)傳輸方式和路徑、信號(hào)接收設(shè)備、環(huán)境和技術(shù)多種因素的影響，而產(chǎn)生誤差。為了對(duì)測(cè)量精度檢定方法進(jìn)行分析和探究，文章首先全面的分析引起測(cè)量精度發(fā)生誤差的原因，之后結(jié)合具體的實(shí)例對(duì)精度檢定方法進(jìn)行初步的探究和分析，最后提出應(yīng)該采取怎樣的措施不斷地提高測(cè)量的精度。

1 產(chǎn)生測(cè)量精度偏差的原因

1.1 衛(wèi)星、傳播方式和路徑的影響

衛(wèi)星對(duì)測(cè)量精度的影響主要包括兩個(gè)方面，一方面要想保證測(cè)量的精度，在測(cè)量過(guò)程中至少需要4個(gè)衛(wèi)星，衛(wèi)星的數(shù)量越少，測(cè)量的精度偏差將越大。另一方面衛(wèi)星的布局也影響著測(cè)量的準(zhǔn)確性，通常采用PDOP值來(lái)表示衛(wèi)星的布局，其值越大表示衛(wèi)星的布局越合理，其值越小測(cè)量精度的誤差將越大。同時(shí)信號(hào)的傳播方式和路徑也將對(duì)測(cè)量的精度產(chǎn)生極大的影響，采用電子信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳播，信號(hào)在穿過(guò)大氣層中的電離層和對(duì)流層的時(shí)候，由于大氣層的散射作用太強(qiáng)，就會(huì)對(duì)測(cè)量的精度造成較大的影響。

1.2 接收機(jī)的類型對(duì)測(cè)量精度的影響

接收機(jī)數(shù)據(jù)鏈的類型對(duì)測(cè)量的精度具有十分重要的影響，目前大部分采用的數(shù)據(jù)鏈為無(wú)線電或者是GSM卡，在信號(hào)十分弱的情況下，就會(huì)受到其他類型信號(hào)的影響，進(jìn)而對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精度帶來(lái)嚴(yán)重的偏差。接收機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中都會(huì)存在一定的幾何相位中心偏差以及接收相位中心偏差，不同類型的接收機(jī)在這些相位之間的偏差將更大。相位偏差的存在就會(huì)使最終獲得的數(shù)據(jù)資料之間存在著很大的偏差。

1.3 環(huán)境和測(cè)量方案的影響

在進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量的過(guò)程中環(huán)境對(duì)側(cè)量精度影響最大的因素有地形和障礙物等，其中地形因素會(huì)使無(wú)線電波的覆蓋范圍受到很大程度的影響，如果在進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)選擇時(shí)沒(méi)有確定在最高點(diǎn)，就不能夠保證同時(shí)獲得來(lái)自所有觀察衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資料，同時(shí)會(huì)使無(wú)線電波的傳輸受到影響，使信號(hào)中斷或者是發(fā)生轉(zhuǎn)折，最終使測(cè)量數(shù)據(jù)的精度受到影響。

2 精度檢定方法的探究

2.1 RTK測(cè)量精度檢定的內(nèi)容

測(cè)量精度檢定是工程測(cè)量過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，目前我院有關(guān)RTK精度檢定的相關(guān)指標(biāo)和內(nèi)容還沒(méi)有明確的規(guī)定和參考。根據(jù)測(cè)繪工程對(duì)于數(shù)據(jù)的要求以及對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量關(guān)注的重點(diǎn)，文章將對(duì)測(cè)量精度擬定以下兩個(gè)方面的測(cè)定內(nèi)容。

（1）對(duì)不同測(cè)程的RTK測(cè)量技術(shù)的初始化時(shí)間進(jìn)行檢定和分析。

（2）對(duì)RTK測(cè)量點(diǎn)之間的反算邊長(zhǎng)精度進(jìn)行檢定和分析。在本次的研究中重點(diǎn)對(duì)第二項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行分析和探究。

2.2 精度指標(biāo)檢定的場(chǎng)地選擇和構(gòu)造

本次檢定選用的主要檢定場(chǎng)地為GPS接收機(jī)對(duì)精度指標(biāo)進(jìn)行專門檢測(cè)的場(chǎng)地，為了確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，本次選擇南寧市GPS標(biāo)準(zhǔn)檢定場(chǎng)地最為數(shù)據(jù)采集的主要場(chǎng)地，為了確保檢定指標(biāo)的準(zhǔn)確性，檢定場(chǎng)地采用網(wǎng)型設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 RTK測(cè)定指標(biāo)檢定方法

2.3.1 對(duì)于不同測(cè)程RTK測(cè)量初始化時(shí)間的檢定，采用的方法為對(duì)GPS接收機(jī)的軟件功能以及硬件性能進(jìn)行檢定，對(duì)儀器進(jìn)行RTK測(cè)量所求的定整周模糊度N值的快慢和準(zhǔn)確性進(jìn)行有效的分析和評(píng)價(jià)。為了保證檢定指標(biāo)的準(zhǔn)確性，將測(cè)量方范圍的半徑控制在5KM左右為最佳。

2.3.2 對(duì)RTK測(cè)量點(diǎn)之間的反算邊長(zhǎng)精度進(jìn)行檢定和分析。令RTK檢定場(chǎng)任意兩點(diǎn)間基線向量的真值為S，基線的靜態(tài)觀測(cè)值為Ss，基線的RTK觀測(cè)值為Sk。兩觀測(cè)值的真誤差可表示為：ΔSs=S-Ss，ΔSk=S-Sk；令真誤差之差：ds=ΔSk-ΔSs，即：ds=Ss-Sk。根據(jù)誤差傳播定律，有：

（2）計(jì)算RTK檢定場(chǎng)檢測(cè)RTK測(cè)量點(diǎn)間邊長(zhǎng)真誤差之差的平均中誤差mds

①由表1可得RTK測(cè)量點(diǎn)間邊長(zhǎng)真誤差之差的單位權(quán)中誤差：

（3）

②計(jì)算RTK測(cè)量點(diǎn)間邊長(zhǎng)真誤差之差的平均中誤差：

（4）

式中：SS為靜態(tài)測(cè)量基線的平均值；SK為RTK放樣點(diǎn)間邊長(zhǎng)的平均值。

3 提高測(cè)量精度的方法

3.1 合理的進(jìn)行控制點(diǎn)的選擇

在開(kāi)展測(cè)量工作之前，首先選擇至少3個(gè)控制點(diǎn)，這3個(gè)最好是處在同一時(shí)期和同一坐標(biāo)上的三個(gè)點(diǎn)。在通常的情況下相鄰控制點(diǎn)的距離控制在3-5千米為最好，控制點(diǎn)的布局應(yīng)該均勻合理，確保所有控制點(diǎn)能夠覆蓋和控制整個(gè)測(cè)量區(qū)域。如果在開(kāi)展測(cè)量工作的過(guò)程中不存在一個(gè)已知的參照點(diǎn)，可以選取任意一個(gè)WGS-84坐標(biāo)下的點(diǎn)作為參照點(diǎn)。

3.2 做好相位中心和路徑的控制

相位中心誤差的存在直接影響著測(cè)量結(jié)果的精度，在進(jìn)行測(cè)量工作之前首先應(yīng)該對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和移動(dòng)站天線之間的相位進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，據(jù)此對(duì)測(cè)量中心相位的誤差進(jìn)行有效的糾正，保證測(cè)量過(guò)程中誤差能夠控制在3厘米以內(nèi)。同時(shí)，應(yīng)該對(duì)路徑的誤差進(jìn)行有效的控制，在進(jìn)行測(cè)量精密定位的時(shí)候，可以在天線下設(shè)置抑徑板，這樣能夠使多路徑的效應(yīng)獲得極大的減少，減少的程度能夠達(dá)到三分之一。確定GPS測(cè)量站位置的時(shí)候應(yīng)該避開(kāi)具有強(qiáng)反射的環(huán)境，例如大面積的水面、山坡、雪地等。最后，GPS測(cè)量站應(yīng)該盡最大程度避開(kāi)電臺(tái)、雷達(dá)以及微波中繼站等的影響，如果GPS測(cè)量站不能夠有效的避開(kāi)強(qiáng)反射區(qū)，為了能夠有效的降低多路徑效應(yīng)的影響，可以采用偏心觀測(cè)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量。

3.3 測(cè)量前接收機(jī)的檢查

前面的分析我們可以知道接收機(jī)由于多種因素相位會(huì)存在很大的誤差，在開(kāi)展測(cè)量工作之前對(duì)接收機(jī)進(jìn)行主要性能以及相位偏差的檢查對(duì)于降低測(cè)量精度偏差具有十分重要的意義。在進(jìn)行接收機(jī)檢查時(shí)可以根據(jù)采集器的反應(yīng)情況、基線的檢查結(jié)果等，來(lái)確定接收機(jī)的精度情況，確保誤差在可接受的范圍內(nèi)。只有這樣才能夠保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，有效的發(fā)揮這種技術(shù)在工程測(cè)量中的作用。

綜上分析可以得到根據(jù)精度檢測(cè)方法確定的誤差產(chǎn)生的原因，采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行改善，對(duì)于提高RTK測(cè)量的精度就有重要的價(jià)值和意義。

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