[摘要]本文智能科學(xué)技術(shù)論文分析了影響GPSRTK施測精度的誤差來源，闡述了采用雙參考站進行GPSRTK測量的方法，并通過工程實例證實該精度指標(biāo)的可靠，供同行參考。
　　[關(guān)鍵詞]GPSRTK，雙參考站
　　1論文前言
　　高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。RTK技術(shù)是建立在流動站與基準(zhǔn)站誤差強相關(guān)這一假設(shè)的基礎(chǔ)上的。當(dāng)流動站離基準(zhǔn)站較近（不超過10km）時，上述假設(shè)一般均能較好地成立，此時利用一個或者數(shù)個歷元的觀測資料即可獲得厘米級精度的定位結(jié)果。為了提高測量的精度，本文研究了GPSRTK施測精度的誤差來源，通過對國內(nèi)某地1:500竣工規(guī)劃驗收地形圖圖根點施測的實例，闡述GPSRTK進行雙參考站測量的方法在測量數(shù)據(jù)精度提高方面的有效性。
　　2RTK工作原理及模式
　　RTK系統(tǒng)的最低配置可包括基準(zhǔn)站接收機、流動站接收機，支持RTK的軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈三個部分。如圖1所示。RTK是實時動態(tài)測量，其工作原理可分為以下兩部分闡述。
　　圖1RTK工作原理及模式
　　2.1實時載波相位差分
　　我們知道，GPS靜態(tài)測量的方法是各個接收機獨立觀測，然后用后處理軟件進行差分解算。那么對于RTK來說，仍然是差分解算，只不過是實時的差分計算。也就是說，兩臺接收機（一臺基準(zhǔn)站，一臺流動站）都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時，基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號（或載波相位差分改正信號）發(fā)射出去；在此基礎(chǔ)上，流動站上的固化軟件就可以實現(xiàn)差分計算，通過相對定位模型獲取所在點相對基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。在這一過程中，由于觀測條件，信號源等的影響會有誤差，對于部分儀器來說，高程上由于受到電離層以及對流層的影響較大，精度略遜。
　　2.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　空間相對位置關(guān)系不是我們要的最終值，因此還有一步工作就是把空間相對位置關(guān)系納入我們需要的坐標(biāo)系中。也就是說，要通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把GPS的觀測成果變成我們需要的坐標(biāo)。這個工作有多種模型可以實現(xiàn)。利用已知水準(zhǔn)點計算出該測區(qū)的待測點的高程異常，從而求出他們的高程。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會帶來誤差，該項誤差主要取決于已知點的精度和已知點的分布情況。
　　3影響GPSRTK定位精度的誤差來源
　　在實際作業(yè)過程中，我們將影響GPSRTK定位精度的因素按誤差來源的不同可以分為兩大類，即與外業(yè)測量有關(guān)的測量誤差和與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的處理誤差。
　　3.1與外業(yè)測量有關(guān)的誤差
　　（1）基準(zhǔn)站精度和作業(yè)環(huán)境
　　根據(jù)GPSRTK的工作原理，如果基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度較低，流動站得到的三維坐標(biāo)都會帶有系統(tǒng)偏差。聯(lián)測的已知點盡量采用已建成的國家高等級GPS點、三角點或在一個控制網(wǎng)內(nèi)經(jīng)過統(tǒng)一平差的GPS點。如果沒有已知點可聯(lián)測，基準(zhǔn)站必須先進行單點定位（位置校正），測定WGS-84坐標(biāo)一般取10min以上的觀測數(shù)據(jù)。
　　基準(zhǔn)站位置的選擇受到周邊環(huán)境狀況的制約，特別是多路徑效應(yīng)的影響尤為明顯。周邊明顯的障礙物和大功率無線電發(fā)射臺、變電站、飛機場、高壓線等無線電干擾源會對GPS的信號造成影響；大面積水域、有平整表面的高達建筑物容易對GPS信號造成多路徑效應(yīng)的影響。
　　（2）數(shù)據(jù)鏈傳播系統(tǒng)
　　要使RTK連續(xù)快速地獲得固定解，就必須使RTK流動站連續(xù)、可靠、快速地接收到基準(zhǔn)站發(fā)來的數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院涂垢蓴_性主要受地形地勢的影響。RTK采用超短波進行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送，這個波段主要是超高頻UHF和甚高頻VHF波，UHF波長為0.1～1m，VHF波長為1～10m。UHF的波長短，因此UHF的天線長度比VHF天線更短，發(fā)射機天線更便于安裝，小巧的天線便于野外作業(yè)，所以當(dāng)前的RTK通信主要采用UHF波。總之，最佳通信系統(tǒng)是最佳發(fā)射機、接收機和通信路徑的有機組合，研究RTK數(shù)據(jù)鏈的性能必須三者綜合考慮，才能將RTK數(shù)據(jù)傳輸性能設(shè)置到最佳狀態(tài)。
　　（3）流動站天線姿態(tài)誤差
　　RTK動態(tài)作業(yè)時載體瞬時姿勢改正精度將是重要的誤差來源。進行動態(tài)觀測作業(yè)時，由于受到各種因素的影響（風(fēng)、人員疲勞、生產(chǎn)進度要求等），不能保證流動站單桿的完全豎直。在待定點上無法實時確定天線動態(tài)瞬時姿態(tài)，這對RTK測量精度的影響是較大的，這就要求觀測人員要認真負責(zé)，在觀測時應(yīng)讓側(cè)桿上的水準(zhǔn)泡盡量居中，以減小因天線姿態(tài)引起的誤差。
　　3.2與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的處理誤差
　　（1）坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換誤差
　　我們通常采用的坐標(biāo)系是國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系，這就需要求解WGS－84坐標(biāo)系與這些坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差是RTK作業(yè)的主要誤差來源之一，將某個標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到地方坐標(biāo)系，通常包括X移常數(shù)、Y平移常數(shù)、尺度比、旋轉(zhuǎn)角這幾個轉(zhuǎn)換參數(shù)。求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，通常有四參數(shù)法和七參數(shù)法。四參數(shù)的測量精度隨GPS衛(wèi)星姿態(tài)的調(diào)整而有相應(yīng)的變化，需要特別注意的是參予計算的控制點原則上至少要用兩個或兩個以上的點，控制點等級的高低和分布直接決定了四參數(shù)的控制范圍。七參數(shù)計算時至少需要三個公共的控制點，且七參數(shù)和四參數(shù)不能同時使用。七參數(shù)的控制范圍可以達到10公里左右。由于地球動力學(xué)的原因，受ITRF制約的WGS-84坐標(biāo)系是不斷變化的，工作時期不同，同一測區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)也要根據(jù)最新的坐標(biāo)成果求解。
　　（2）模糊度解算誤差
　　要確定整周模糊度，必須有適合的PDOP值。如果衛(wèi)星高度角低則會造成初始化時間較長，即使無線電接收良好，跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目也足夠，同樣會造成PDOP值大，信噪比低，衛(wèi)星信號極不穩(wěn)定，容易失鎖。一般RTK測量中PDOP值不應(yīng)大于6。另外，基準(zhǔn)站與流動站的距離越近，求得的固定解越穩(wěn)定，精度越高。
　　此外，數(shù)據(jù)計算的數(shù)學(xué)模型誤差、擬合內(nèi)插誤差、動態(tài)基線解算誤差和流動站內(nèi)存軟件模型誤差也會對RTK數(shù)據(jù)的處理造成影響。
　　4GPSRTK雙參考站測量的原理、方法及精度指標(biāo)
　　4.1GPS雙參考站測量的原理和方法
　　根據(jù)誤差分布曲線我們可以知道，當(dāng)觀測次數(shù)愈來愈多，誤差出現(xiàn)在直方圖各個區(qū)間的相對個數(shù)的變動幅度就愈來愈小，當(dāng)觀測的個數(shù)n具有足夠大時，誤差在各個區(qū)間出現(xiàn)的相對個數(shù)就趨于穩(wěn)定。這就是說，一定的觀測條件，對應(yīng)著一定的誤差分布。在實際測量工作中，我們常常對一系列被觀測量各進行兩次觀測，根據(jù)同精度雙觀測值的差數(shù)求觀測值中誤差。按中誤差定義公式得出兩次采集數(shù)據(jù)差數(shù)△Si的中誤差md為
　　所以觀測值的中誤差m為
　　針對GPSRTK單參考站作業(yè)方式直接發(fā)展圖根點時，如果觀測條件不好，點位的坐標(biāo)成果可能出現(xiàn)粗差情況，采用GPSRTK雙參考站作業(yè)方式發(fā)展圖根點，以減小粗差，提高成果精度。在布設(shè)圖根控制點的測量區(qū)域內(nèi)，進行兩次設(shè)站，測量同一組圖根點，兩次設(shè)站保證使用不同的已知點架設(shè)基準(zhǔn)站或者采用不同的已知點進行點位校正。在觀測時，為了減少流動站天線姿態(tài)誤差，要求觀測人員的態(tài)度要認真負責(zé)，讓側(cè)桿上的水準(zhǔn)泡盡量居中，以減小因天線姿態(tài)引起的誤差。
　　將兩次GPSRTK測量的數(shù)據(jù)傳入計算機，通過Excel表的計算，得出兩次測量的X、Y坐標(biāo)的坐標(biāo)差△X、△Y，最后計算出位差△S。
　　4.2精度指標(biāo)
　　采用GPSRTK雙參考站作業(yè)方式，要求圖根點測量的采樣率為1秒。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及技術(shù)規(guī)定的要求，圖根級點的單參考站在固定解狀態(tài)下接收衛(wèi)星信號不低于2分鐘，接收歷元不少于120。其GPS流動站與已知高級點的點位校正，平面位置相差不得大于圖上±0.2mm。不同參考站對同一測點的檢驗，平面位置相差△Si不得大于圖上0.3mm。
　　＝0.3mm
　　為圖根點點位中誤差的限差。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，為圖上0.1mm。
　　5工程應(yīng)用
　　在對國內(nèi)某地1:500竣工規(guī)劃驗收地形圖圖根點施測的過程中，我們通過雙參考站測量的方法，分別得到一組圖根點的兩組數(shù)據(jù)，通過計算求出坐標(biāo)差以及位差見表1。
　　表1RTK測量圖根點坐標(biāo)計算表單位:m
　　點名 第一次測量坐標(biāo) 第二次測量坐標(biāo) 坐標(biāo)差 位差
　　 縱坐標(biāo) 橫坐標(biāo) 縱坐標(biāo) 橫坐標(biāo) 縱坐標(biāo)差 橫坐標(biāo)差 
　　 X1 Y1 X2 Y2 △X △Y △S
　　A1 2438866.768 104571.950 2438866.765 104571.943 0.003 0.007 0.008
　　A2 2438943.590 104523.517 2438943.597 104523.514 -0.007 0.003 0.008
　　A3 2439006.059 104482.524 2439006.054 104482.518 0.005 0.006 0.008
　　A4 2439090.652 104446.361 2439090.643 104446.367 0.009 -0.006 0.011
　　A5 2438990.627 104269.682 2438990.621 104269.670 0.006 0.012 0.013
　　A6 2439160.927 104288.323 2439160.921 104288.309 0.005 0.014 0.015
　　A7 2439158.604 104584.502 2439158.608 104584.514 -0.004 -0.012 0.013
　　A8 2439103.608 104699.872 2439103.602 104699.875 0.006 -0.003 0.007
　　A9 2439367.984 104699.692 2439367.989 104699.698 -0.005 -0.006 0.008
　　A10 2439361.416 104545.615 2439361.410 104545.618 0.006 -0.003 0.007
　　A11 2439362.513 104318.385 2439362.515 104318.378 -0.002 0.007 0.007
　　A12 2439435.056 104455.803 2439435.047 104455.819 0.009 -0.016 0.018
　　A13 2439481.950 104472.817 2439481.943 104472.805 0.007 0.012 0.014
　　A14 2439533.700 104494.705 2439533.704 104494.709 -0.004 -0.004 0.006
　　A15 2439579.558 104516.852 2439579.565 104516.842 -0.007 0.010 0.012
　　A16 2439629.031 104544.485 2439629.037 104544.476 -0.006 0.009 0.011
　　A17 2439678.184 104575.880 2439678.180 104575.872 0.004 0.008 0.009
　　A18 2439732.122 104600.474 2439732.126 104600.479 -0.004 -0.005 0.006
　　A19 2439790.750 104654.021 2439790.757 104654.026 -0.007 -0.005 0.009
　　A20 2439840.394 104691.731 2439840.397 104691.738 -0.003 -0.007 0.008
　　通過比較以上數(shù)據(jù)的位差均合限，然后計算兩次測得坐標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值得出成果見表2。
　　表2RTK測量圖根點坐標(biāo)成果
　　點名 坐標(biāo)成果 備注
　　 縱坐標(biāo) 橫坐標(biāo) 
　　 X Y 
　　A1 2438866.767 104571.947 
　　A2 2438943.594 104523.516 
　　A3 2439006.057 104482.521 
　　A4 2439090.648 104446.364 
　　A5 2438990.624 104269.676 
　　A6 2439160.924 104288.316 
　　A7 2439158.606 104584.508 
　　A8 2439103.605 104699.874 
　　A9 2439367.987 104699.695 
　　A10 2439361.413 104545.617 
　　A11 2439362.514 104318.382 
　　A12 2439435.052 104455.811 
　　A13 2439481.947 104472.811 
　　A14 2439533.702 104494.707 
　　A15 2439579.562 104516.847 
　　A16 2439629.034 104544.481 
　　A17 2439678.182 104575.876 
　　A18 2439732.124 104600.477 
　　A19 2439790.754 104654.024 
　　A20 2439840.396 104691.735 
　　最后，通過位差△S和觀測個數(shù)n我們求得這組數(shù)據(jù)得觀測值中誤差m。
　　顯然，這個數(shù)值滿足規(guī)范中有關(guān)圖根點點位中誤差不得大于圖上0.1mm的要求。
　　6論文結(jié)語
　　根據(jù)誤差擴散的特征我們知道，足夠多的觀測次數(shù)，可以使誤差分布更密集，最終使觀測結(jié)果更加精確。對于GPSRTK來說，利用雙參考站的方法在可以有效地提高測量數(shù)據(jù)的精度。同時，我們不能忽略影響GPSRTK定位精度的誤差來源的其他方面，必須選擇合適的方法和手段去減小各方面誤差對測量精度的影響。
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