GPS RTK工程測量精度影響因素的探討

慶先華

摘 要：GPS RTK 技術在測繪生產中被廣泛運用，其具有實時性強、直觀快捷、點位誤差不累積等優點，其缺點是定位精確度受多種因素制約。本文就GPS RTK工程測量精度影響因素進行探討，并且提出了相應的優化措施，以確保測量的精度。

關鍵詞：GPS RTK；精度；影響因素；優化措施

GPS RTK 技術是 GPS 測量技術的發展分支，其具有實時性強、直觀快捷、點位誤差不累積等優點，所以在測量工程中得到了廣泛的運用，但是影響GPS RTK 定位精度的因素有很多方面，如果忽視其中一方面，或是不重視這些因素，測量的結果就會存在很大的誤差。筆者結合自身多年的從業經驗，對RTK 測量精度的影響因素進行分析和探討，并提出相應的優化措施，希望可以提高RTK 測量精度，以滿足工程測量的需求。

1、GPS RTK 測量的原理及誤差分析

RTK 定位技術是以基準站為測量的中心，其他移動站相對于基準站進行定位，并且是實時動態測量。在測繪的過程中，兩臺GPS 接收機之間需要用一套無線數字通訊系統作為數據鏈進行數據的傳輸?；鶞收就ㄟ^電臺將觀測信息和數據傳輸給移動站，然后移動站將這些信號進行差分處理，得出兩站之間的基線值，并且要輸入對應的坐標轉換和投影參數，最后才能測量出測點的坐標。

實時 GPS 系統主要是由GPS 信號接收系統、數據實時傳輸系統以及數據實時處理系統三個部分組成，同樣地，在GPS RTK 定位過程中存在著三部分的誤差：第一部分誤差主要有衛星圖形、GPS 衛星星數、大氣狀況、星歷誤差、對流層誤差、電離層誤差、傳播延遲誤差、衛星鐘誤差等等，其中有些因素用戶無法控制，但是像衛星鐘誤差、星歷誤差這些因素可以用差分技術將其消除，像電離層誤差、對流層誤差、傳播延遲誤差只能是將其消除大部分，而剩余的誤差則與移動站和基準站之間的距離有關，即距離越大，誤差越大。第二部分誤差來自RTK 系統，比如內部噪聲、天線相位中心變化、數據鏈、通道延遲軌道誤差、多路徑效應、接收機位置誤差、信號干擾、天線類型和處理軟件。第三部分誤差來自于基準站轉換誤差，比如：大地水準面差距的內捕誤差、坐標系統轉換誤差、已知控制點的誤差，這些誤差要選用嚴密的轉換模型和高質量的起算數據，還要用檢核的方法進行精度的驗算。

2、控制點內在精度對 RTK 的影響分析

通常情況下，我們使用的坐標系是北京 54 坐標系或西安 80 坐標系，而GPS 直接測量出的是 WGS-84 坐標，所以對于最后的測量結果，我們還要將其轉換為我們需要的坐標。我們采用的軟件是將平面和高程分別轉換的，平面坐標的轉換方法是將GPS的測量結果頭影城平面坐標，然后用已知的控制點對二維相似變換的四參數進行計算。而高程坐標的轉換方法是先用平面擬合或二次曲面擬合模型，然后利用已知的水準點計算出測區的待測點的高程異常，最后求出它們的高程即可。

為了能夠提高精度，在測量過程中要盡可能地做到以下幾點：1）確保有足夠數量的控制點。通常來說，為了確保擬合精度，平面控制點最起碼要有3個，高程控制點根據地形地貌等條件，要求不少于4個；2）確?？刂泣c的有效性和合理性。有效性即控制點的控制范圍要能夠覆蓋到整個測區，合理性即控制點的分布要滿足均勻分布在測區周圍；3）確保控制點的精確度。控制點本身要具有很高的精度，并且控制點要能夠相互關系精確的WGS84 坐標和測區坐標，這樣才能保證在轉換結果的準確性。

3、GPS RTK 外業觀測方法對精度的影響

3.1 基準站

基準站的位置對GPS RTK 的測量精度有一定的影響，對此，我們做了一個試驗，將基準站分別架設在測區的中間和一端，然后對測量結果進行對比分析。下面是兩種情況下的數據信息，平面坐標為一級 GPS 靜態平差數據 ，高程為四等水準高程，其中C 為一級GPS 靜態平差數據。各點的位置如下圖表示：

根據上面的表我們可以得出結論：當基準站架設在測區中央的時候，誤差分布較小并且均勻，當基準站架設在測區一端的時候，與基準站的距離越遠，其移動站測量的結果誤差越大。

3.2 移動站

移動站是實時的差分計算，基準站和移動站同時觀測衛星數據，基準站通過發射電臺將載波相位信號發給移動站，移動站在接收基準站發射出來的信號之外還要接收衛星信號。在接收這兩種信號的前提下，移動站可以利用固化軟件進行差分計算，以確定基準站和移動站之間的位置關系。在整個過程中，觀測條件和信號源等因素會對測量結果產生影響，這就造成測量結果的誤差。在實際的工程測量中，我們不斷嘗試，不斷積累經驗，目前總結出了一些優化方法，來彌補目前的GPS 技術的缺陷，以提高GPS 技術的測繪精度。具體方法有：1）盡可能地將基準站架設在較高的位置；2）嚴格控制控制點的距離，使其滿足控制點間距小于RTK 有效作業半徑的 2/ 3 倍；3）同一個測區內，在環境較為惡劣的地區多設一些控制點；4）提前掌握測區的衛星分布情況，可以通過星歷文件進行了解，避免控制點設置在衛星信號盲區和中午電離層干擾大的區域；5）如果測區是植被茂盛的地區，可以將常規方法和GPS 技術相結合的手段來彌補環境的不足。

4、RTK 測量成果的質量控制

根據以上內容可知，影響RTK技術測量精度的因素主要分為內在因素和外在因素兩種。要想提高測量精度，必須要對RTK 測量進行質量控制。結合筆者在外業測量的經驗，提出了以下幾個控制RTK 質量的方法：

1）以較高等級的點作為儀器校正的試點，之后再對已知點進行檢核，縮短基線距離，對儀器高和流動站高進行精確地測量，選擇最優的衛星分布方案，降低多路徑誤差和對流層延遲誤差對測量結果的影響；

2）在測量之前要先對前一天的點進行測量比較。在初始化成功之后，要重新測量1個或者是2個已經測量過的RTK 點，在確保測量結果沒有錯誤之后再進行新的測量工作；

3）對于已知點的布設要參考測區似大地水準面變化情況。不同的測區對應著不同的擬合模型，另外還要檢核已知點，從而降低已知點精度低所造成的損失；

4）均勻分布聯測的幾何水準的點位，并且要在測區周圍布置幾何水準聯測點，使其形成包圍整個測區的多邊形。不得將擬合 GPS RTK 計算高程時外推。

5、結論

綜上所述，GPS RTK 測量精度受到多種內部因素和外部因素的影響，但是通過一些方法或是手段可以對其進行質量控制，所以在實際的工程測量中，只要做好質量控制， GPS RTK 測量的精度符合各種測量的規范要求，其質量完全可以得到保障。

參考文獻

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