廈門CORS RTK高程精度控制方法

陳華南

摘 要在互聯網時代背景下，RTK技術在城市測繪工程中已經得到廣泛的應用，并且取得了良好的效果，已成為城市平面定位的重要技術之一;但在高程測量方面，由于RTK高程精度具有不確定性，其應用受到一定程度的影響。本文從削弱衛星信號傳播誤差影響、正確設置虛擬參考站、觀測數據質量控制及外界環境影響控制四方面對廈門網絡RTK高程測量進行研究分析，可為RTK測高應用提供一些借鑒和參考。

關鍵詞網絡RTK高程;VRS;精度控制

0 引言

在測繪工作中，RTK以其平面定位精度高、時間短、無誤差累積、操作簡單、全天候等優點，在測繪各個領域被廣泛運用。RTK測量技術在平面控制測量中已得到廣泛應用，并取得顯著效益，但RTK高程卻沒有像RTK平面坐標那樣被廣泛應用，主要原因是RTK高程的影響因素較多較復雜，高程成果精度有時無法滿足城市測量的需求。想獲得較高精度的RTK高程，需要多措并舉。

1 RTK高程影響因素

RTK高程由流動站測得的大地高減去流動站的高程異常獲得[1]，如式：

其精度在由大地高向正常高轉換中，由于方法不同，受高程異常精度和垂線偏差的影響，導致正常高精度存在不確定性。另一方面，RTK大地高的精度也制約著正常高的精度，而大地高測量精度受衛星信號傳播過程誤差、GPS觀測數據質量、外界環境、人為因素的影響。故RTK高程測量一定要謹慎，反復校核，排除粗差，才能得到精度較高質量可靠的RTK高程。

2 廈門RTK高程精度控制方法

廈門RTK運行采用的是網絡RTK模式，其中包括7個基準站組成CORS網、管理中心、數據通信網、用戶服務中心。因RTK高程精度受多方面因素的影響，為保證RTK高程的穩定可靠，在實踐中，廈門網絡RTK從以下四方面進行質量控制。

2.1 衛星信號傳播過程產生的誤差控制

利用網絡RTK技術有效消除衛星信號傳播過程產生的誤差，包括GPS軌道誤差，電離層、對流層延遲誤差，控制參考站與流動站間線性誤差傳遞。

RTK技術在應用中遇到的較大問題是參考站關于衛星信號傳播過程產生的誤差校正數據的有效作用距離。GPS誤差的空間相關性隨參考站和流動站距離的增加而逐漸變差[2]，為了克服傳統單基準站RTK技術的缺陷，廈門采用網絡RTK技術——廈門CORS技術。廈門CORS由均勻分布的7個連續運行參考站組成，覆蓋整個廈門市行政區域范圍，最長基線32.6公里，最短16.2公里，平均23公里。如下圖所示：

外業測量中，流動站將NMEA格式單點定位坐標發送到服務器，服務器據此自動選擇最佳的一組固定基準站，基于這組基準站的實測差分值建立誤差模型，并在流動站旁生成一個虛擬參考站及內插計算差分改正值，通過NTRIP協議實時向流動站分發差分數據，流動站根據接收的差分信號實時求解雙差模糊度，解算出流動站的三維定位坐標，流程見下圖。該方式能有效消除衛星信號傳播過程產生的誤差，并解決RTK作業距離的限制問題，消除校正數據線性傳遞誤差。

2.2 正確設置虛擬參考站

廈門RTK高程在測繪工作中采用VRS（虛擬參考站）模式下流動站獲取正常高的方法[3]。基本原理如下：因大地水準面連續、均勻，且流動站與VRS距離較短，可認為流動站與虛擬參考站具有相同的高程異常。如下圖所示，將VRS坐標沿垂線方向平移，則各流動站也將在高程方向變化相同的量，從而實現大地高到正常高的轉換。

但是，VRS至流動站的距離越遠高程異常值的差異越大。日常作業中，當流動站與VRS距離超過500米時服務器自動重新生成新的虛擬參考站，才能獲得作業要求的高程精度。

2015年8月，我們用此方法對覆蓋廈門市的14個D級GPS點進行RTK檢測。檢測結果發現生成的虛擬參考站與流動站距離最大為7.11米，最大高程較差為3.7cm。比之前采用的單基站法獲取正常高精度約為10cm有了很大提升。檢測結果見表1。

2018年4月對廈門市集美及海滄區的31個D級GPS點及一級導線點進行了RTK檢測，且有意將流動站設置成只對距離最近的基準站生成VRS虛擬站，而不是在作業半徑500米內生成虛擬站。檢測結果有8個點的高程較差超過10cm，詳見表2。

由此可見，VRS虛擬參考站點離流動站點越遠，與流動站的觀測條件差別越大，一方面導致差分改正數不反應流動站的實際情況，另一方面也導致高程異常不具代表性，從而導致高程精度非常不穩定。這從反面說明VRS模式下流動站獲取正常高方法的重要性。

2.3 觀測數據質量控制：制定標準的作業流程，盡量避免外業測

量過程中對RTK高程精度產生主觀的不良影響。

（1）硬件要求：RTK要選擇精度等級不低于基線精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm的儀器。

（2）仔細選擇時段，確保RTK觀測點具備良好的對星圖形條件，進行觀測時，衛星狀態應符合表3規定。

（3）觀測開始前應初始化并得到固定解，當初始化時間超過2分鐘仍不能獲得固定解時，宜斷開、重新連接通信鏈路進行初始化操作;當接收機重新啟動3次仍不能獲得固定解，應選擇其他位置或時段進行作業。

（4）觀測時應采用三腳架對中、整平，每測回歷元數不少于60個。測回間須重新初始化，取各測回中數作為觀測結果。比較各次觀測值剔除粗差。

（5）RTK檢測已有高程控制點個數不少于2個（檢核已知點主要為防止儀器設置錯誤）;用RTK布控時，相鄰點間需用全站儀進行高差檢核以檢查是否存在粗差，以保證成果的可靠性[4]。檢核圖根以上已知點較差、全站儀檢核高差應符合表4規定。

2.4 外界環境影響的控制

減少流動站周邊干擾源對觀測質量的影響。

RTK作業時，要考慮是否被周邊樹木、房屋、山坡等遮擋物干擾衛星載波傳播路徑;大面積水域、大面積反射源（如大面積白色屋頂建筑群）等影響信號質量;電磁干擾較嚴重的干擾源，如高壓電塔、高壓線、工地的塔吊也會影響觀測精度。外界環境對RTK高程精度影響的偶然性很難發現，往往要通過多次多余觀測、不同時段觀測以及內業數據排查才能發現外界干擾源對精度的影響。

2019年11月對廈門市海滄區D級點5個，一級點30個，共35個控制點進行RTK檢測。檢測結果發現，其中點號為H18A0177、H18A0266兩點的高程誤差大于10cm。隔天再次對這兩個點進行檢測，結果為H18A0266高程較差1.5cm，H18A0277高程較差-3.2cm，符合要求。經過認真排查，發現這兩點有信號干擾源：H18A0266周邊30米處有一棟3層大面積白色反射面鐵皮屋頂廠房，H18A0277旁邊有2米高的行樹遮擋，第一次觀測時，兩點周邊500米范圍內均未自動生成VRS虛擬站，雖然初始化正常，固定解正常，但檢測結果RTK高程誤差值超限。復測時，由于時段不同，在流動站附近500米內成功生成了VRS，因而測得的高程滿足測量規范的要求[5]。

3 結束語

通過對上述各個RTK高程影響因素的把控，從根源處進行質量控制，細心觀測，廈門市網絡RTK高程精度總體上滿足廈門市城市測量精度的需求。目前網絡RTK測高已大量應用于項目竣工測量、地形圖的局部修測，四等及等外水準測量，實現了GPS測高取代傳統水準測量，進而完成GPS二維平面定位到同時確定海拔高程的三維定位轉變，較好地滿足了工程領域快速高效獲得三維點位的要求。

參考文獻

[1]李天文. GPS原理及應用[M]. 北京：科學出版社，2009.

[2]張海瑞，陳西強. CORS系統的技術特點及應用現狀與展望[J]. 硅谷，2010，（1）：147-148

[3]歐陽欣，江春發，郭垂注.VRS模式下流動站獲取正常高的方法[J].地理空間信息，2014年2月：140-141？

[4]城市測量規范. 中華人民共和國住房和城鄉建設部，2011.

[5]衛星定位城市測量技術規范. 中華人民共和國住房和城鄉建設部，2010.