利用GPS-RTK技术提高测量精度的探讨

来源：职称驿站所属分类：电子技术论文
发布时间：2013-02-19浏览：61次

　　摘要：GPS测量是通过接收卫星发射的信号而进行数据处理，具有快速、高精度的测量方法，在实际作业中的应用范围也越来越广泛。本文以Lucia(徕卡)SR530的实际应用和技术发展的现状,详细分析了影响RTK测量精度的诸多因素,并根据工作实际;提出了如何提高RTK测点精度的方法及措施。

　　关键词：RTK,测量,精度

　　GPS常规静态方式用于大地控制网和加密控制点的测量，从静态、动态的出现，随着RTK(Real Time Kinematic)实时动态技术的应用，取得了较高的测量精度，实践证明：精度上也能满足控制测量的要求，但与静态相比，GPS-RTK精度上还有一定差距，且也存在着缺少检核、可靠性不高的因素。那么有哪些因素影响RTK测量精度的可靠性，如何来提高RTK测量精度呢?

　　1.影响RTK测量的精度的因素

　　GPS测量定位的系统误差主要来源于GPS卫星星历、电离层散射、多路径效应、基准站坐标、卫星钟与接收机钟误差、天线相位中心位置的偏差、接收机不同通道间的延迟误差;其他还有地球自转、地球潮汐、基线解算时的软件、基线解算时不同的数学模型误差等。

　　上述误差在GPS-RTK测量时，绝大部分已通过作业方式、软件处理、接收机改进等消除、削弱，但还有一部分影响是无法完全消除的。但是由于RTK作业方式特殊，特有的误差影响;在 RTK作业实时快速，缺少必要的检核条件，所以测量成果也存在着不可靠性。这些影响因素主要有：

　　1.1转换参数的影响

　　由于GPS测量采用WGS-84坐标系统，而我国目前所采用的坐标系统为1954北京坐标系(或1980国家大地坐标系统等)，所以GPS-RTK测量时必须先求转换参数，以便将WGS-84坐标转换到1954北京坐标系、1980国家大地坐标系等。转换参数的求解是RTK测量的基础，转换参数的精确程度是影响RTK测量精度的关键因素。

　　转换参数的求解又受以下因素的影响：

　　1.1.1转换控制点的选择

　　转换控制点，即求解转换参数时所选择的同时具有WGS-84坐标和1954北京坐标系、1980国家大地坐标系的同名控制点。同一测区，选择不同位置分布、不同精度的转换控制点，转换参数就会不同。

　　1.1.2 WGS-84坐标的获取方式

　　转换控制点的WGS-84坐标，可以先在基准站用导航或者单点定位的方式测出基准站的WGS-84坐标，然后用流动站测出转换控制点的WGS-84坐标，不同方式获取的WGS-84坐标对转换参数和RTK测量精度产生不同的结果。

　　RTK测量时，基准站的WGS-84坐标必须与转换参数求解时的WGS-84坐标的获取相一致，否则，就会产生系统误差，获得的成果整体出现错误。

　　1.2测量作业的控制区域

　　测量作业范围受转换控制点的约束。在利用已知坐标做好控制后，施测流动站一般应在距基准站10㎞内的区域作业，精度较好，但不同厂家生产的仪器，精度会略有不同。仅就徕卡SR530来讲，根据实际作业精度统计，流动站每超出作业范围1～2㎞，平面精度就会降低1～2mm，高程精度会降低3～4mm。另外，仪器接收信号会变得越来越困难，数据采集时间会变得越来越长。

　　1.3卫星信号的影响

　　GPS是通过卫星来定位的，卫星信号的接收是GPS定位的基础。GPS-RTK测量要求基准站和流动站的天线能同时接收到相同的五颗或五颗以上的卫星信号，才能保证正确解算。由于卫星分布随着时间的变化而变化，不同时段卫星数量和位置都不同。在卫星数量较多和位置图形较佳时，天线接收的信号较好，初始化时间就短，精度较好;反之，在卫星数量较少和位置较差时，虽然天空中有五颗甚至五颗以上的卫星，但因为基准站和流动站没有能同时接收到足够的卫星信号，使初始化时间很长，测量精度很差，甚至不能解算出固定解。

　　同时，由于基准站或流动站选择的位置不当，还会产生部分卫星信号被高楼等建筑阻挡，出现卫星数量不足;或卫星信号被周围物体反射再接收而产生“多路径效应”，使测量出现错误。

　　另外，卫星信号还会由于电离层、对流层影响，其他莫名的遮蔽、中断等原因而产生失锁和整体移位、数据出错等“纳伪”现象。

　　1.4 RTK基准站数据链传输的影响

　　因为RTK测量时要求基准站GPS接收机实时地把观测数据和基准站已知数据通过无线电发射传输给流动站GPS接收机，所以无线电信号的传输在RTK测量中至关重要。

　　但无线电的数据链信号在传输时容易被高楼、山峰等阻挡，也可能被其他电磁波干扰或出现信号异常，所以对RTK流动站的电台接收和RTK测量的可靠性影响很大。

　　5.流动站方式的影响

　　流动站方式一般有对中杆和三脚架两种。使用对中杆方便实用，但天线不固定，精度起伏大;使用三脚架繁琐，但精度稳定。

　　6.电源的影响

　　无论是GPS接受机还是发射无线电的电源，如果电量不足，不但影响卫星信号和无线电数据的接受，产生不可靠的坐标数据，甚至可能无法开展RTK测量。

　　2.提高RTK测点的精度和可靠性的措施

　　2.1转换参数的合理求解

　　利用RTK提高测点的精度，转换参数的求解十分关键。

　　2.1.1一般转换参数求解时，尽量用高等级的控制点作为转换控制点，且转换控制点尽量分布均匀、包含整个测区。如果待测区域没有足够的转换控制点，最好先布设转换控制点和以后待设基准站点，用表态方式一起测量，平差求出所需的WGS-84坐标和地方坐标。

　　2.1.2可以用单点定位的方式测出基准站的WGS-84坐标，然后用RTK的方式测出转换控制点WGS-84坐标，在输入相应的地方坐标后，直接用一步法求出转换参数。

　　2.1.3转换参数求解后，必须对它进行检核。可以在转换控制点和其他控制点上用RTK方式测点，比较精度，一方面检核转换参数，另一方面也检核原控制点精度，并将精度好分布均匀的控制点再作为转换控制点，重新求解转换参数。经多次比较后，确定最佳的转换参数。

　　2.2基准站的选择

　　RTK基准站点位应选择在视野开阔的建筑物楼顶或地势较高处，必须避开电视、电台发射塔、微波站、飞机场、高压线和大面积的水域等。

　　2.3流动站方式的选择

　　对控制点和其他可选择位置的待测点，流动站应与基准站一样，选择合适的位置，避免卫星信号和数据链通讯的影响及多路径效应的产生。

　　2.4作业时段的选择

　　RTK作业时能接收到足够多的卫星信号，在每次作业前，首先查看卫星的数量和位置情况，选最佳的时段进行RTK作业。同时，为减少电离层、对流层影响，应避开下午14时左右的时段。

　　2.5电源的供应

　　每次RTK测量前，都需将GPS接收机和发射无线电的电源充足，保证RTK作业的顺利进行。如果是固定的基准站电台，还可以用交直流转换稳压器代替汽车电瓶，不但省去电量不足的担忧，而且省去了充电和搬运的麻烦。

　　2.6多基站测量

　　在同一地区，可以建立多个固定的基准站点，并统一求解转换参数和基准站点的WGS-84坐标。在RTK测量过程中，对同一待测点，用不同基准站点分别测量坐标，在限差范围内求均值。有条件的单位可分别同时在多个基准站点架基准站，同一台流动站只需改变每个基准站发射电台的频道，就可分别测出对应不同基准站的同一点坐标，不但起检验的作用，而且能提高RTK测量精度。

　　2.7控制点的检验

　　为了保证RTK测量精度的可靠性，建议在每个基准站点附近设立几个检验控制点，每次RTK作业前，在架好基准站并流动站初始化后，就测试检验控制点，以判断卫星信号的正常情况和仪器的操作是否正确。在同一地区若有相同型号的GPS接收机，如果转换参数不同，容易接收了其他单位参考站发出的数据链而导致测量数据错误。因此，有必要对本单位的GPS接收机设置特殊的识别码以防止或减少接收错误的数据链，同时加强对控制点或相关地物点的检测判断这点要特别注意。

　　3.体会

　　利用GPS-RTK技术提高测量精度，突破了传统测量控制点的界限。但GPS-RTK测量的可靠性差，稍有不慎，可能会给整个工程带来返工，甚至不可挽回的损失。GPS-RTK测量必须提高可靠性，可靠性比精度更重要。

　　只要多比较，多检验，特别是原有控制点的比较检验，就能提高可靠性。在可靠性保证的情况下，再提高RTK测量的精度。

《利用GPS-RTK技术提高测量精度的探讨》

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