RTK測量原理及提高精度方法分析

李國勝

深圳市長勘勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳 518003

0 引言

RTK是根據(jù)GPS的相對(duì)定位概念，建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測站的載波相位的基礎(chǔ)之上，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)地將采集的載波相位觀測量和基準(zhǔn)站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站一邊接收基準(zhǔn)站的載波相位，一邊接收衛(wèi)星的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)成果。依據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)解算并顯示用戶站的坐標(biāo)信息及其精度。本文主要分析了RTK網(wǎng)絡(luò)及提高精度方法等問題。

1 網(wǎng)絡(luò)RTK

近年來，國際上已有不少城市建立了網(wǎng)絡(luò)RTK，網(wǎng)絡(luò)RTK是由幾個(gè)常設(shè)基站組成。可借助用戶周圍的幾個(gè)常設(shè)基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)算出移動(dòng)站的坐標(biāo)。當(dāng)使用網(wǎng)絡(luò)RTK代替一個(gè)基準(zhǔn)站時(shí)，算出的移動(dòng)站坐標(biāo)將更可靠。各常設(shè)站之間的距離可達(dá)100km。網(wǎng)絡(luò)RTK傳輸數(shù)據(jù)的方法有3種：第一種方法是移動(dòng)站接收機(jī)選擇一組常設(shè)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，個(gè)別國家布設(shè)的這種RTK網(wǎng)已覆蓋其全境；第二種方法是采用區(qū)域改正參數(shù)，利用網(wǎng)中全部基站算出改正平面，再按東西方向和南北方向算出改正值，然后，將一個(gè)基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)和區(qū)域改正參數(shù)播發(fā)給移動(dòng)站；第三種方法采用“虛擬參考站”。

在RTK應(yīng)用過程當(dāng)中，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題是十分重要的，GPS接受機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)單點(diǎn)定位的坐標(biāo)以及相對(duì)定位解算的基線向量屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，因?yàn)镚PS衛(wèi)星星歷是以WGS-84坐標(biāo)系為依據(jù)建立的。而實(shí)用的測量成果往往是屬于某一國家坐標(biāo)系或是地方坐標(biāo)系（或叫局部的、參考坐標(biāo)系），應(yīng)用中必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2 提高RTK精度的方法

2.1 對(duì)坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換的要求

首先把求出WGS-84坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成1954年北京坐標(biāo)系或1980年國家坐標(biāo)系。這其中就涉及到兩種轉(zhuǎn)換方法：1）通過手簿來自動(dòng)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)；2）通過現(xiàn)場采取方法，選取一定數(shù)量控制點(diǎn)的地方坐標(biāo)，利用上述這些點(diǎn)用TRK來采集WGS-84坐標(biāo)，然后建立模型（點(diǎn)校正擬合出最佳轉(zhuǎn)換參數(shù)）。3個(gè)平移參數(shù)和長度比參數(shù)、部分旋轉(zhuǎn)參數(shù)相關(guān)性很大，所以有可能參數(shù)不易分離與相互作用轉(zhuǎn)化，這就需要當(dāng)存在從公共點(diǎn)坐標(biāo)的微小變化或選取存在不同時(shí)，能夠?qū)е伦筮呣D(zhuǎn)換參數(shù)極大的變化，所以對(duì)于小型測量區(qū)域來說，一般坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用三叔模型，即3個(gè)平移參數(shù)（DX，DY，DZ）。

2.2 基準(zhǔn)點(diǎn)位置的選擇要求

在選擇基準(zhǔn)站的時(shí)候，由于基準(zhǔn)站上的衛(wèi)星遮擋和無線電干擾，將直接影響到所有流動(dòng)站的測量，主要應(yīng)該考慮到參考站上方應(yīng)無衛(wèi)星信號(hào)的遮擋和影響數(shù)據(jù)鏈的無線電干擾。同時(shí)準(zhǔn)確的WGS-84地心坐標(biāo)，這是因?yàn)楫?dāng)GPS動(dòng)態(tài)基線起算點(diǎn)的誤差將引起流動(dòng)站坐標(biāo)和極限分量相關(guān)變化。這里采取以下方法來獲得參考站坐標(biāo)：直接測量法和聯(lián)測國家GPSA、B級(jí)網(wǎng)測量法。

另外，RTK基準(zhǔn)站還應(yīng)有準(zhǔn)確的WGS-84地心坐標(biāo)，GPS動(dòng)態(tài)基線的起算點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的誤差將引起流動(dòng)站坐標(biāo)的平移和基線向量分量跳變化。可以采取以下兩種方法獲得參考站的坐標(biāo)：1）直接測量法，即連續(xù)單點(diǎn)定位觀測2.3h；2）聯(lián)測國家GPSA、B級(jí)網(wǎng)。

2.3 機(jī)內(nèi)精度要求

除主體設(shè)備要定期送檢、升級(jí)外，對(duì)電臺(tái)、電源、電纜等一些重要配件應(yīng)加強(qiáng)保養(yǎng)、維修，尤其是出現(xiàn)精度不穩(wěn)定、粗差頻率升高或作用半徑大幅縮短等異常情況時(shí)，應(yīng)特別引起注意，這時(shí)不可勉強(qiáng)作業(yè)。

2.4 不可盲目相信標(biāo)稱精度

由于不同型號(hào)GPS接收機(jī)的性能差異、不同區(qū)域的環(huán)境差異、不同時(shí)段的信號(hào)差異等因素影響，RTK技術(shù)的有關(guān)技術(shù)及精度指標(biāo)必然不會(huì)完全相同。廠家提供的有關(guān)指標(biāo)值或其它單位、其它型號(hào)RTK技術(shù)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)或數(shù)據(jù)，只供作業(yè)中參考，不宜套用。

2.5 加強(qiáng)觀測中的校核

首先，已知點(diǎn)檢核比較法：在布測控制網(wǎng)時(shí)用靜態(tài)GPS或全站儀多測出一些控制點(diǎn)，然后用RTK測出這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，如果發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，則應(yīng)該及時(shí)采取措施整改，然后再重測比較法每次初始化成功后，先重測1～2個(gè)已測過的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測量；其次，電臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測法：在測區(qū)內(nèi)建立兩個(gè)以上基準(zhǔn)站，每個(gè)基準(zhǔn)站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動(dòng)站用變頻開關(guān)選擇性地分別接收每個(gè)基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)從而得到兩個(gè)以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可判斷其質(zhì)量高低。

2.6 解決盲點(diǎn)

如果導(dǎo)致盲點(diǎn)的主要原因是數(shù)據(jù)鏈信號(hào)接收問題，首先可提高基準(zhǔn)站和流動(dòng)站天線的架設(shè)高度，流動(dòng)站天線可采用長垂準(zhǔn)桿架設(shè)以保證成果精度。若不行再考慮搬站，如果盲點(diǎn)地區(qū)主要原因是接收衛(wèi)星狀況不良，則應(yīng)該在盲點(diǎn)周圍加測圖根控制點(diǎn)，以便用全站儀補(bǔ)測。

3 結(jié)論

RTK定位技術(shù)很多優(yōu)點(diǎn)，在許多工程中使用，而且?guī)砹撕艽蟮慕?jīng)濟(jì)效益。如何對(duì)RTK測量成果進(jìn)行質(zhì)量控制，是保證工作質(zhì)量的關(guān)鍵，本文對(duì)于提高RTK測量精度的探討有利于提高我國工程測繪水平。

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