GPS RTK觀測精度及可靠性研究

范曉楓

摘要：GPS RTK技術隨著科技的發展已經滲入各個領域，文章通過實測數據深入分析研究GPS RTK的觀測精度和數據的可靠性。使我們對GPS RTK系統有了比較深入的認識，在今后的測量工作中，可以按照設計精度要求選擇合適的觀測方案，既節省時間，減少人力、物力消耗，又能滿足精度要求。

關鍵詞：GPS RTK；內符合精度；外符合精度；可靠性

中圖分類號： P228 文獻標識碼： A

一、前言

20 世紀下半葉是測繪科學與技術迅猛發展的時期，特別是近10 余年來，它尤其獲得了許多突出的成就。促進這一時期飛躍前進的主要因素之一就是測量儀器的驚人發展，其中比較有代表性的是GPS RTK的出現和使用。目前RTK實時三維精度可以達到厘米級, 但受觀測條件和其它因素的影響，RTK測量成果偶爾會產生錯誤，若不采取必要措施剔除這些錯誤成果，會對測繪工作造成嚴重后果。本課題主要分析影響GPS RTK內、外符合精度與可靠性的因素，提出切實可行的方法和措施，保證測繪成果的質量，為測繪生產提供技術支持和理論依據。

二、影響GPS RTK精度和可靠性的因素

1、GPS 系統

GPS 系統本身的影響因素用戶無法控制,這些因素包括GPS 衛星星數、衛星圖形和大氣狀況。在OTF 解算未知的模糊值時,至少需要有5 顆共同星,星數越多解算模糊值時的速度越快,越可靠。研究表明,星數增加太多對提高RTK點位的精度不顯著,但觀測更多的衛星將提高觀測成果的可靠性。衛星圖形影響觀測成果質量,當衛星均勻分布在整個天空時成果質量最可用衛星數越多,衛星圖形越好。

2、RTK系統

RTK系統的影響因子主要包括數據鏈、天線類型和處理軟件,所以RTK設備的優劣,不僅影響測量精度,而且也影響成果的可靠性。

3、環境

環境對RTK影響的因素主要有地形、基準站與流動站之間的障礙物、平面覆蓋、多路徑誤差、電波干擾等。

4、觀測方案

觀測方案對RTK結果的質量和可靠性產生重大影響,觀測方案的主要內容有: 基準站位置的選擇、坐標系統的選擇、歷元數、觀測次數等 。

5、觀測者的技術和經驗

觀測者的專業水平和經驗對成果的精度和可靠性影響很大,例如:對中誤差、測量天線高等都將影響測出的全部坐標。

隨著科技的發展, GPS的應用范圍也越來越廣。雖然RTK測量有著無與倫比的快捷和方便,精度上也能滿足控制測量的要求,但與靜態相比,精度上還有一定差距,且存在缺少檢核、可靠性不高的缺點。

其主要影響因素如下：

(1) 轉換參數的影響。

(2)測量作業的控制區域。

(3)衛星信號的影響。

(4) RTK基準站數據鏈傳輸的影響。

(5)流動站方式影響。

(6)電源的影響。

三、 觀測方案及精度分析

選擇某校園區域內布設GPS靜態網,采用三角網經典靜態定位模式進行坐標采集。校園內多為7層建筑物而且建筑比較密集,采集數據時受外界影響較大,所以點位得選擇也對測量精度有很大得影響。

1、GPS RTK外符合精度研究

基準站選擇在測區中央時，到達測區內各個點的基線長較均勻，則其誤差分布也較均勻。

將基準站選擇在測區邊緣時，則離基準站遠的地方精度就不如離基準站近的，因為RTK是靠無線電傳輸數據的,受基線長度影響，而且距離越遠其中間的干擾因素就有可能多。

通過采集數據比較，當基準站選在測區中央時精度較高。當基準點選在測區中央時，在測量過程中，每個點的基線長都在作業半徑內，采集數據快而且誤差分布均勻，點的觀測精度相對就高。

流動站采取不同的對中整平方法，對采集到的坐標精度有影響。

表1 三角架對中

點名 X坐標(m) Y坐標(m) H(m)高程

G006 207660.697 300574.11 101.211

G007 207716.346 300690.93 100.879

L311 207987.701 300375.102 100.803

G015 207933.762 300259.988 100.179

G014 208054.35 300519.298 100.14

表2 對中桿對中

點名 X坐標(m) Y坐標(m) H(m)高程

G006 207660.625 300574.02 101.164

G007 207716.322 300690.879 100.824

L311 207987.755 300375.108 100.769

G015 207933.731 300259.864 100.125

G014 208054.689 300519.754 100.143

表3 坐標真值

點 名 X坐標 Y坐標 H(m)高程

G006 207660.684 300574.106 101.2138

G007 207716.335 300690.913 100.8837

L311 207987.717 300375.024 100.8219

G015 207933.779 300260.02 100.1875

G014 208054.334 300519.312 100.1213

通過數據比較，三腳架對中的平面坐標精度較高，使用對中桿時所需時間短，適合精度要求不是很高的測量。

2、GPS RTK內符合精度研究

當對某個量進行重復觀測時就會發現，這些測量值之間往往存在一些差異。

觀測誤差產生的原因很多，概括起來有以下三個方面：

1、測量儀器

所謂的測量儀器，這里是指采集數據采用的任何工具和手段。由于每一種儀器只具有一定限度的準確度，由此觀測所的數據必然帶有誤差。同時，儀器本身也有一定的誤差，如GPS接受機所采集的數據存在著儀器的誤差。

2、觀測者

由于觀測者的感覺器官的鑒別能力有一定的局限，所以在儀器的操作過程中也會產生誤差。同時，觀測者的技術水平和工作態度也是對觀測數據質量有直接影響的重要因素。

3、外界條件

測量時所處的外界條件，如溫度、濕度、風力、大氣折光等因素和變化都會對觀測的數據直接產生影響

上述測量儀器、測量者、外界條件三方面的因素是引起誤差的主要來源，不難想象，觀測條件的好壞與觀測成果的質量有著密切的聯系。

三街道RTK兩次測量比較

點號 第一次測量成果

X坐標（m) Y坐標（m) 高程H（m)

M1801 4144672.679 494051.006 28.069

M923 4144625.427 494155.928 34.752

M1802 4144725.275 494148.662 28.265

M922 4144745.482 494074.713 24.001

M921 4144903.541 494139.349 16.918

點號 第二次測量成果

X坐標（m) Y坐標（m) 高程H（m)

M1801 4144672.692 494051.004 28.056

M923 4144625.431 494155.932 34.775

M1802 4144725.267 494148.657 28.277

M922 4144745.458 494074.713 24.013

M921 4144903.532 494139.325 16.927

點號 兩次成果差

X(cm) Y(cm) H(cm)

M1801 -1.3 0.2 1.3

M923 -0.4 -0.4 -2.3

M1802 0.8 0.5 -1.2

M922 2.4 0.0 -1.2

M921 0.9 2.4 -0.9

可見在GPS RTK施測過程中，應兩次觀測取平均值，即雙基準站的方法進行測量既可提高精度又可確保成果的可靠性。

四、提高精度和可靠性的措施

1、轉換參數的合理求解。（1）一般轉換參數求解時,盡量用高等級的控制點作為轉換控制點,且轉換控制點盡量分布均勻、包含整個測區。（2）對于待測區域較小(25 km2 以內) 、轉換控制點較少且沒有WGS284 坐標的作業區,可以用導航或者單點定位的方式測出基準站的WGS284坐標,然后用RTK的方式測出轉換控制點的WGS284坐標,在輸入相應的地方坐標后,直接用一步法求出轉換參數;對于待測區域較大( 25 ～50km2 ) 、轉換控制點較多且沒有WGS284坐標的作業。（3）轉換參數求解后,必須對它檢核。

2、基準站的選擇。由于需要接收足夠的衛星信號和發射RTK無線電數據鏈,基準站上空應無大面積遮蔽和影響數據鏈通訊的無線電干擾,并避免多路徑效應,因此RTK基準站點位應選擇在視野開闊的建筑物頂部或地勢較高處,須避開電視、電臺發射塔、微波站、飛機場、高壓線和大面積水域等。

3、流動站方式的選擇。除了地形地貌測量和放樣外,對控制點和其他可選擇位置的待測點,流動站應與基準站一樣,選擇合適的位置,避免衛星信號和數據鏈通訊的影響及多路徑效應的產生。

4、作業時段選擇。為使RTK作業時能接收到足夠多衛星信號,在每次作業前,先查看衛星數量和位置情況,選擇最佳的時段進RTK作業。同時,為減小電離層、對流層影響,應避開14: 00: 00左右時段。

5、 電源供應。每次RTK測量前,需電源充足,保證RTK作業順利進行。如果是固定的基準站電臺,還可以用交直流轉換穩壓器代替汽車電瓶。

6、多基準測量。為保證RTK測量精度的可靠,在同一地區,可以建立多個固定的基準站點,并統一求解轉換參數和基準站點的WGS284坐標。

7、不同時段測量。對于缺少其他檢驗條件的待測點,還可以用同一基準站在不同時段(如隔幾天)測量,若結果不同,則必有一個是錯誤的,需再次測量;若結果在限差范圍內,則說明測量值正確,可取中數。

五、結束語

通過在校園內外采用不同的觀測方法進行數據采集，將得到的坐標數據和已知坐標數據進行對比，得出結論，探討采用不同方法進行GPS RTK觀測精度及可靠性。