GPSRTK技术的测量精度探讨

收稿日期：2005 - 02 - 16 作者简介：，张孝军，男，长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，高级工程师。 GPS RTK 技术的测量精度探讨 张 孝 军 林 云 发 （长江水利委员会 汉江水文水资源勘测局，湖北 丹江口 442700） 摘要：GPS RTK定位技术，因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在测绘生产中得到了普遍的使用， 其误差由 GPS的定位误差与坐标转换误差组成。针对信号遮挡、流动站距基准站距离以及流动站与基准站两 点的相对高差 3种影响 GPS定位误差的因素，做了大量的比测与深入的探讨，得出了 GPS RTK定位精度受信号 遮挡的影响较大；流动站距基站距离的影响与距离成正比；流动站与基准站的高差较小时，高差的变化对测量 精度无明显影响的结论。 关 键 词：GPS RTK技术；测量精度；影响因素；比测分析；探讨 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 1 概 述 GPS定位技术给传统的工程测绘（光学法）带来了彻底性的 革命。它具有操作简便、定位精度高、不受天气与通视条件的限 制等特点，受到了测绘行业的青睐。特别是 GPS RTK（Real Time Kinematic）平面实时定位技术，因其操作快捷、直观、定位精度 高、实时性强、自动化程度高、点位误差不累积等优点，从而具有 3大优势：① 实时掌握定位精度，操作方便快捷；② 快速施测碎 部的地形与地貌，并能数字成图；③ 能事先输入设计点坐标，进 行工程放样等。 2 RTK定位技术的工作原理及其测量误差 2 .1 工作原理 RTK定位技术是基于实时载波相位差分的实时动态定位技 术。在 RTK作业模式下，基准站除了采集卫星数据外，还要通 过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给流动站。流动 站在采集卫星数据的同时，还要接收来自基准站的数据链，并在 系统内对采集和接收的两组数据，进行实时载波相位差分的处 理，得出定位结果。RTK又可细分为修正法和差分法：修正法是 将基准站的载波相位修正值发送给流动站；改正流动站接受到 的载波相位，流动站再求解坐标，也称准 RTK；差分法是将基准 站采集到的载波相位，发送给流动站，再由流动站求差解算坐 标，又称真正的 RTK。 2 .2 测量误差 RTK的测量误差包括两个方面：① GPS的定位误差，它在 实时测量时可以从手簿上看到，也会被记录在手簿内相应的 LOG文件中；② 坐标转换带来的误差，它主要由投影误差和已 知点传递的误差组成，但已知点传递的误差影响较大。一般情 况下，人们关注的主要是 GPS的定位误差。RTK法实时提供的 流动站点在指定坐标系中的三维定位结果，其平面定位精度可 达到 1 cm + 1 ppm，高程定位精度达到 20 mm+ 2 ppm。 3 操作注意事项 3 .1 正确地设置参数 开始测量之前，要在 TSC1控制手簿中新建一个项目，根据 操作手册设置与测区相应的投影参数和椭球参数，建立对应的 坐标系统。以汉江中游（北京 54坐标系及 37º带）为例，在投影 菜单中输入以下参数。① 类型：横轴墨卡托投影；② 坐标北 移：0.0 m；③ 坐标东移：500 000.0 m；④ 原点纬度：0 N；⑤ 中央 子午线：111 E；⑥ 比例因子：1.0；⑦ 长半轴：6 378 245；⑧ 扁率： 298.3。设置完成以后，要使参数都处于 OFF状态。 3 .2 准确地求解坐标转换参数 GPS采用的坐标为 WGS 84 坐标系统（即 1984 年世界大地 坐标系），而测量时使用的坐标是地方坐标系统，因此，必须先求 出两坐标系统之间的转换参数。求转换参数的一般 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是：在 测区内选取 3个以上待使用（地方）坐标系的已知点（最好均匀 分布在整个测区），采用静态同步观测，并将数据导入 TGO 软 件，在 WGS 84坐标系统下进行基线解算和网平差，求出每个已 知点精确的 WGS 84坐标，采用点校正，求出转换参数。在测区 范围较小，已知点较少且分布不均匀时，也可不求转换参数直接 进行测量，缺点是控制范围不大，容易引起坐标转换误差。 3 .3 选择合适的基准站点 基准站的确定是进行 RTK测量的关键，所以在选择时，应 注意以下 3点：① 避免选择无线电干扰强烈的地区；② 基准站 站点及数据链电台发射天线离地面必须具有一定的相对高度； ③ 为了防止数据链丢失以及多路径效应的影响，周围应无影响 GPS信号的反射物（大面积水域、大型建筑物等）。 测绘信息网www.othermap.com网友测绘人资料提供 3 .4 精心操作，确保接线无误 将基准站架在选择好的已知点上，确保电缆及数据传输线 的正确连接，对中、整平、量取 GPS天线高，并在主机中输入已知 点的坐标、高程及其 GPS天线高，就可启动基准站。 3 .5 加强接受卫星颗数与初始化信息的监视 流动站可在固定点上进行初始化后，再进入动态作业；也可 在运动条件下直接开机，并在运动中完成整周模糊度的搜索求 解。只要能保持 4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星 组成的几何图形，流动站就可正常工作。流动站迁站过程中不 能关机，也不能失锁（初始化信息丢失），否则，必须重新初始化。 因此，要加强对接受卫星颗数与初始化信息的监视。 例如：Trimble 4700 GPS 接收机，具有 On - The - Fly（OTF）自 动初始化功能，当接收到 5颗以上卫星信号时，只需要 15 ～ 60 s 的时间就可完成初始化，且初始化成功后的信息不易丢失。据 使用经验，完成初始化后不要马上进行测量，要等 GPS稳定约 10 ～ 20 min后再开始，否则将有较大的误差。 4 RTK测量精度的比测与分析 RTK测量精度比测的两个基本假定：① 美国政府不开启 SA功能（SA是美国政府为了限制民用 GPS的精度而故意增设 的一个功能，在 SA开启的情况下，GPS的水平精度只能达到米 级，因各方反对等原因，现已关闭 SA功能，但不能排除特殊情况 下，SA功能重新开启的可能性）；② 接收机有 4颗以上卫星相位 观测值的跟踪，且卫星组成的几何图形合理。 比测主要针对影响 RTK定位精度的因素进行，即信号遮挡 的影响、距基准站距离的影响和流动站与基准站两点的相对高 差的影响 3个因素。比测历时 1周，采用基准站架在已知点上， 不求转换参数方式。已知点采用丹江口水库下游河道测量所布 设的 GPS控制点及断面控制点。 4 .1 信号遮挡对 RTK测量精度的影响 在实际测量过程中，有时很难避开遮挡物，GPS接收卫星信 号，数传电台发射无线电信号，都不可避免地受遮挡物的影响。 为此，我们在丹江口水库下游羊皮滩上的树林里进行了测试。 我们在开阔地成功初始化后，进入树林中树木相对稀疏的坎上 进行测量。测量过程中初始化信息无丢失，数据链通讯比较稳 定，所测的地形与近 1 a内所测的地形进行比较，点位移与高程 较差都不大，地形吻合很好。但在树林茂密的地方，测点位移 大，初始化信息容易丢失，且很难重新初始化，测量无法继续进 行。 高压线下比测的情况是：在距架站点距离相差不大的情况 下，高压线下测点的点位移较附近相邻测点的明显偏大。 4 .2 距基准站距离对 RTK测量精度的影响 用来比测的控制点为 2001年新布设的 E级 GPS点，标型为 混凝土标或石刻，高程为Ⅳ等。比测分 3 d进行，RTK测量过程 中，每测一个点都有精度显示。GPS控制手簿内精度控制的缺 省值为：平面 0.015 m、高程 0. 020 m。所有比测的点均小于此 误差限，最大点位移为 0. 329 m，距基准站的最大距离为 6. 522 km，最大高程较差为 0.344 m。RTK 测点位移的中误差为 0. 145 m。 根据 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 中的数据，剔除高压线下施测的 4个测点，建立了距 基站距离和点位移关系图（如图 1所示），相关系数为 0. 855 2， 可见相关关系较好，相关关系式为： Y = 0.028 5 X + 0.028 1 式中 Y为点位移；X为距基准站距离。 由水利水电工程测量规范（规划设计阶段），图根电磁波测 距导线要求其坐标闭合差小于或等于 0. 4 mm；测站点导线要求 其坐标闭合差小于或等于 0. 8 mm 。根据相关关系式，对于 1:500及更小比例尺的测图，流动站距基准站距离小于 6. 0 km 时，平面点位移在 0.2 m以内，达到图根级测量精度；距基准站 距离小于 13 km时，平面点位移在 0. 4m以内，达到测站级测量 精度。而且，当距基准站距离小于 6.0 km时，高程误差均在 0. 1 m以内。因此，流动站距基准站距离在 6 km以内时，RTK测量 精度可以满足 1:500及更小比例尺测图的地形测量要求。 图 1 距基站距离和点位移关系 4 .3 站点与基准站的高差对 RTK测量精度的影响 比测地点选了两个地方：① 丹江口水库下游近 10 km丹十 公路旁的一座山上，高差变化较大；② 丹江口水库下游近 5 km 羊皮滩附近的山上，高差变化较平缓。每隔 1 m多的高程差就 设一个木桩，平面采用全站仪施测，高程采用水准五等接测。根 据两测量方法所得较差统计结果。点绘了点高差（流动站与基 准站）与点位移，点高差（流动站与基准站）与点高差关系图，如 图 2所示。 图 2 点高差（流动站与基准站）与点位移、点高差关系 由图 2可见，比测点呈满天星状，其相关系数都小于 0.1，即 点高差（流动站与基准站）与点位移，点高差（流动站与基准站） 与点高差之间无相关关系，也就是说，在流动站与基准站点高差 一定的范围内，高差对 RTK测量精度无明显的影响。 5 结 语 GPS RTK测量精度受信号遮挡的影响较大，容易超出仪器 误差标称值的范围，甚至使测量不能正常进行，在测量中遇到此 类情况，应谨慎使用或不使用 RTK测量。距基站距离的影响， 与距离成正比，距离越远影响就越大，一般在 6 km范围以内，可 以满足 1:500及更小比例尺的地形测量精度的要求。当流动站 与基准站的高差较小（100 m以内）时，高差的变化对 RTK测量 精度无明显的影响。 （编辑：常汉生） 测绘信息网www.othermap.com网友测绘人资料提供