淺探影響RTK觀測(cè)質(zhì)量的因素及其對(duì)策

柯振瑤

摘? 要：RTK技術(shù)是定位技術(shù)的重大突破，被廣泛應(yīng)用于圖根控制測(cè)量、施工放樣、工程測(cè)量及地形測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。但在實(shí)際作業(yè)中，如何保證其成果質(zhì)量，以滿足作業(yè)生產(chǎn)中的各種需求，為此，在作業(yè)中應(yīng)選擇科學(xué)的作業(yè)方法和采取一些作業(yè)措施。本文通過(guò)長(zhǎng)期的作業(yè)實(shí)踐，總結(jié)了通過(guò)正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、基準(zhǔn)站合理設(shè)置、控制作業(yè)半徑和選擇作業(yè)方法等經(jīng)驗(yàn)，可以有效提高RTK成果質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：RTK? 觀測(cè)質(zhì)量? 基準(zhǔn)站 對(duì)策

中圖分類號(hào)：P412.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（b）-0040-03

Abstract： RTK technology is a major breakthrough in positioning technology， which is widely used in mapping control survey， construction setting out， engineering survey and topographic survey. But in the actual operation， how to ensure the quality of its results to meet the various needs of the operation production， therefore， scientific operation methods and some operation measures should be selected in the operation. Through long-term operation practice， this paper summarizes the experience of solving coordinate conversion parameters correctly， setting reference station reasonably， controlling operation radius and selecting operation method， which can effectively improve the quality of RTK results.

Key Words： RTK; Observation quality; Reference station;Countermeasures

1? 引言

RTK （Real Time Kinematic） 是一種利用GPS載波相位觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位的技術(shù)。進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，位于基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)地把載波相位觀測(cè)值以及已知的站坐標(biāo)等信息播發(fā)給附近工作的流動(dòng)站，流動(dòng)站就能根據(jù)基準(zhǔn)站及自己所采集的載波相位觀測(cè)值，利用RTK數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)相對(duì)定位，進(jìn)而根據(jù)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得自己的三維坐標(biāo)，并估計(jì)精度。

進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，至少需要配備兩臺(tái)GPS接收機(jī)，一臺(tái)接收機(jī)安裝在基準(zhǔn)站上，觀測(cè)視場(chǎng)中所有可見衛(wèi)星;另外一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)在基準(zhǔn)站附近進(jìn)行觀測(cè)和定位，稱為流動(dòng)站（如圖1所示）。

利用RTK技術(shù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得厘米級(jí)的定位結(jié)果，并能對(duì)所獲得的結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)定，減少了由于成果不合格而導(dǎo)致的返工率。在RTK作業(yè)過(guò)程中，由于RTK本身存在不足，以及作業(yè)程序和方法選擇不科學(xué)，可能給成果質(zhì)量帶來(lái)影響。為此，本文通過(guò)對(duì)RTK作業(yè)存在的不足進(jìn)行分析，針對(duì)其問題提出一些方法和措施。

2? 影響RTK觀測(cè)質(zhì)量的主要因素

RTK作業(yè)可能存在一些影響觀測(cè)質(zhì)量的因素。主要如下所述。

（1）隨著流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間的距離的增加，各種誤差的空間相關(guān)性將迅速下降，導(dǎo)致觀測(cè)時(shí)間的增加，甚至無(wú)法固定整周模糊度而只能獲得浮點(diǎn)解，因此，在RTK測(cè)量中流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間的距離需要控制在一定范圍內(nèi)。

（2）由于流動(dòng)站的坐標(biāo)只是根據(jù)一個(gè)基準(zhǔn)站來(lái)確定，因此可靠性較差，基準(zhǔn)站的設(shè)置也是影響觀測(cè)質(zhì)量的一個(gè)主要問題。

（3）RTK在作業(yè)中采用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，在實(shí)際工作中要求實(shí)時(shí)得出待測(cè)點(diǎn)實(shí)用坐標(biāo)系，如1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等的坐標(biāo)系，因此在作業(yè)中就涉及坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。

3? 提高RTK觀測(cè)質(zhì)量的措施和方法

通過(guò)我們的作業(yè)實(shí)踐，針對(duì)影響RTK觀測(cè)質(zhì)量的各種因素，可采取了一些有效的措施和作業(yè)方法來(lái)加以克服，經(jīng)驗(yàn)表明通過(guò)選擇求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站、控制作業(yè)半徑、科學(xué)選擇作業(yè)程序等方法可以達(dá)到此目的。

3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解

正確選擇RTK觀測(cè)所使用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，可保證RTK的觀測(cè)質(zhì)量。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在測(cè)區(qū)或周圍找到3～6個(gè)已知控制點(diǎn)，利用已知控制點(diǎn)的兩套坐標(biāo)，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。已知控制點(diǎn)（通常稱為公共點(diǎn)）的精度、密度及分布狀況對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接的影響。因此，所選定的公共點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)周圍，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)。

求解轉(zhuǎn)換參數(shù)采用的數(shù)學(xué)模型一般采用嚴(yán)密的七參數(shù)轉(zhuǎn)換法（即3個(gè)平移參數(shù)，3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1個(gè)尺度參數(shù)）。

從WGS-84坐標(biāo)系到地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，通常采用Bursa（布爾莎）七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，即：

式中：

μ—尺度變化因子;

—在參心（T）坐標(biāo)系的點(diǎn)位坐標(biāo);

—GPS接收機(jī)觀測(cè)的點(diǎn)位WGS-84坐標(biāo);

—兩個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)之差，稱為平移參數(shù)。

稱為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)。

當(dāng)轉(zhuǎn)換參數(shù)未知時(shí)，則應(yīng)用3個(gè)或3個(gè)以上的點(diǎn)的已知地方坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)求解出轉(zhuǎn)換參數(shù)，其中WGS-84坐標(biāo)可由靜態(tài)相對(duì)定位獲得，利用公共點(diǎn)的兩套坐標(biāo)，代入下式反求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，即

求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)范圍及具體情況，并采用盡可能多的公共點(diǎn)，且對(duì)公共點(diǎn)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，采用合理的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行各種點(diǎn)結(jié)合方式分別計(jì)算和優(yōu)選，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。

求得精度最符合要求的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后，就可把轉(zhuǎn)換參數(shù)和待測(cè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，求得待測(cè)點(diǎn)地方坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)值，此時(shí)求得的坐標(biāo)值應(yīng)最滿足精度要求。

3.2 基準(zhǔn)站的合理設(shè)置

基準(zhǔn)站的GPS接收機(jī)接收從2萬(wàn)多公里高空的GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，中間要經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層以及來(lái)自多方面的干擾，其信號(hào)一般十分微弱，通常只有-50～180db。同時(shí)，由于RTK數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高GPS信號(hào)接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如微波站、變電站、高壓線、電視發(fā)射塔等），為了削弱電磁波幅射副作用，離無(wú)線電發(fā)射臺(tái)應(yīng)超過(guò)200m，離高壓線應(yīng)超過(guò)50m;同時(shí)，在GPS觀測(cè)時(shí)，基準(zhǔn)站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）會(huì)進(jìn)入GPS接收機(jī)，將和直接來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，并嚴(yán)重影響RTK觀測(cè)的定位精度，使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”，即多路徑效應(yīng)，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)置在較為開闊的地方，周圍應(yīng)無(wú)明顯的大面積的信號(hào)反射物（如面積較大的水域、大型建、構(gòu)筑物等）;另外，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)置在測(cè)區(qū)地勢(shì)較高的位置，天線盡量設(shè)置高一些，并避開基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間較大的遮擋物（如高層建筑物、高山、密林等），以提高電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離。

基準(zhǔn)站選擇的點(diǎn)位應(yīng)該滿足GPS觀測(cè)要求，根據(jù)星歷預(yù)報(bào)結(jié)果安排觀測(cè)時(shí)間，通常要求空間位置精度因子PDOP值小于6，在PDOP值較大時(shí)，較容易出現(xiàn)粗差，應(yīng)該避免該時(shí)間移動(dòng)站的觀測(cè)，利用PDOP值較好的時(shí)間段觀測(cè)，不僅效率快，而且精度高，同時(shí)在觀測(cè)過(guò)程中可減少誤差和加快初始化收斂。

3.3 作業(yè)半徑的控制

移動(dòng)站離開基準(zhǔn)站的最短距離稱作RTK的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離，而且對(duì)RTK測(cè)量的速度和精度有著直接影響。

作業(yè)半徑的控制要根據(jù)測(cè)區(qū)地形地貌的實(shí)際情況而定，測(cè)區(qū)地勢(shì)較好平坦時(shí)，作業(yè)半徑可適當(dāng)放寬，但也不宜超過(guò)15km;測(cè)區(qū)建筑物或樹木較多時(shí)，移動(dòng)站接收電臺(tái)信號(hào)比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差，作業(yè)半徑控制在10km以內(nèi)為宜。當(dāng)信號(hào)受影響嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK觀測(cè)的精度和速度。在城鎮(zhèn)區(qū)作業(yè)時(shí)，如移動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間有房屋遮擋，即使作業(yè)半徑相距不到1km，移動(dòng)站也很難收到基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，則很難進(jìn)行RTK測(cè)量，故在城鎮(zhèn)測(cè)量時(shí)盡量不宜采用RTK進(jìn)行測(cè)量。

3.4 作業(yè)方法的選擇

為保證RTK觀測(cè)的質(zhì)量，即保證測(cè)量的精度，速度和可靠性，除了正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站和限制作業(yè)半徑外，還應(yīng)注意RTK觀測(cè)方法。

（1）觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高。在進(jìn)行坐標(biāo)解算時(shí)，觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)越多，分布越均勻，則PDOP值越小，RTK觀測(cè)定位精度和可靠性越高;反之，PDOP值越大，定位精度越低。因此，根據(jù)RTK衛(wèi)星狀態(tài)的要求，應(yīng)該在接收衛(wèi)星數(shù)保持在5顆以上，PDOP值小于6的狀況下才開始進(jìn)行RTK測(cè)量。

（2）應(yīng)嚴(yán)格按GPS操作規(guī)程操作。作業(yè)時(shí)，基準(zhǔn)站接收機(jī)應(yīng)嚴(yán)格整平、對(duì)中、正確量取天線高，確保已知數(shù)據(jù)的輸入無(wú)誤。對(duì)儀器基座和測(cè)桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。

（3）作業(yè)中必須注重成果的檢核，為保證RTK的實(shí)測(cè)精度和可靠性，每項(xiàng)作業(yè)開始前或重新架設(shè)基準(zhǔn)站后，必須進(jìn)行至少一個(gè)同等級(jí)或高等級(jí)已知點(diǎn)的檢核，檢核坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后，才能進(jìn)行RTK測(cè)量。

（4）用RTK方法進(jìn)行控制測(cè)量觀測(cè)時(shí)，流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站的距離應(yīng)不大于5km，觀測(cè)中為了保證測(cè)量成果的精確、可靠，應(yīng)采用三角架對(duì)中、整平，每次觀測(cè)歷元數(shù)應(yīng)不少于20個(gè)，即采用多歷元的觀測(cè)結(jié)果，以消除偶然誤差，各次測(cè)量的平面坐標(biāo)較差應(yīng)不大于±4cm。

4? 結(jié)語(yǔ)

RTK技術(shù)是定位技術(shù)的重大突破，被廣泛應(yīng)用于圖根控制測(cè)量、施工放樣、工程測(cè)量及地形測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域。但在實(shí)際作業(yè)中，如何保證其成果質(zhì)量，以滿足作業(yè)生產(chǎn)中的各種需求，為此，在作業(yè)中應(yīng)選擇科學(xué)的作業(yè)方法和采取一些作業(yè)措施。本文通過(guò)長(zhǎng)期的作業(yè)實(shí)踐，總結(jié)了通過(guò)正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、基準(zhǔn)站合理設(shè)置、控制作業(yè)半徑和選擇作業(yè)方法等經(jīng)驗(yàn)，可以有效提高RTK成果質(zhì)量。

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