如何提高ＲＴＫ在鐵路定測中的精度

李成豐

【摘要】RTK技術作為一種先進的測量手段,極大地改變了傳統的測量模式,提高了鐵路定測作業效率,節約了大量的人力物力,為測量工作帶來了巨大變革。本文將對如何提高RTK在鐵路定測中的精度做相關研究。

【關鍵詞】RTK 鐵路定測 精度

一、RTK測量及其精度研究概述

1.RTK測量

RTK(Real Time Kinematics)是一種基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。在RTK作業模式下,基準站通過無線電數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅接收來自基準站的載波相位信息,還要接收來自于GPS衛星的載波相位信息,并組成相位差分觀測值進行實時定位。載波相位差分GPS分為兩類:一類是基準站將載波相位修正量發送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標;另一類是將基準站采集的載波相位發送給用戶進行求差,解算坐標。前者為準RTK技術,后者為真正的RTK技術。

為取得高精度的實時動態坐標,RTK儀器現在一般采用載波相位差分測量。進行載波相位差分測量的關鍵是要求取整周模糊度。

2.RTK測量精度

RTK作業也有其自身的局限性,例如其在測量過程中要求基準站與流動站共同觀測五顆以上GPS衛星,因此容易受到測站周圍地形地物的影響,另外地物反射造成的多路徑效應也是影響RTK測量精度的一個重要因素。RTK基準站的差分數據是通過無線電臺發射的數據鏈傳送的,因此對無線電造成干擾的各種因素都會對RTK作業造成影響。由于這些因素的影響,降低了RTK的測量精度,目前測繪工作者對于這些影響因素的研究已經進行得很深入,也提出了一些解決辦法。同時還對各種精度損失的原因進行了分析,建立了數學模型予以消除或減弱。但對測量作業方式造成的精度損失的討論卻很少。

RTK儀器的標稱精度都采用a+b×D的表示方式表述,其中a為固定誤差,一般以mm為單位;b為比例誤差,以ppm(即10-6)為單位。D為基準站到流動站之間的距離。由RTK儀器的精度標稱方式我們可以看出,利用RTK測量時得到的點位誤差隨流動站到基準站距離的增加而增大。從RTK在工程測量中的應用情況來看,使用RTK進行兩點校正后進行點位的測量與放樣是一種常見的作業方式,研究在這種作業方式中測量點位誤差變化情況以及如何估計RTK的測量精度對于實際工作具有指導意義。RTK測量得到的三維坐標中,高程為大地高,而我國使用正常高高程系統作為工程測量的依據,因此測繪工作中并不使用大地高,造成了數據的浪費。為了能夠有效地利用大地高數據,研究區域范圍內大地高與水準高程的轉化問題具有實際意義。

二、RTK測量特性分析

GPS生產商在RTK出廠時都會標明其測量所能達到的精度水平,即以“a+b×D”的形式給出RTK儀器在測量過程中所能達到的精度水平。實際工作中,RTK流動站的測量結果往往不穩定,以Trimble R8為例表現為在20mm范圍內變化。若進行地形測量或dm級的定位測量中,可不考慮此影響,但若要提高測量精度進行mm級的定位時,則必須考慮RTK測量結果達到最優所需的條件。

為研究RTK測量結果達到穩定與時間的關系,對RTK測量的三維坐標隨時間的變化情況進行了實驗。首先,選取接收GPS衛星信號好的開闊場地架設基準站。然后在其附近架設流動站,要保持由基準站與流動站之間電臺信號通訊良好,設置好采樣間隔,進行連續采樣。

綜合相關結論可以看出,RTK測量坐標具有明顯的偶然誤差特性。在增加測量時間后可以提高精度水平,采樣時間逐漸增加后觀測結果的平均值趨于穩定。可以利用增加觀測時間并取均值的辦法來提高測量精度。

三、RTK平面測量精度分析

RTK測量提供實時坐標是其優于其它測量方式的最主要方面。在利用RTK進行測量工作前首先要對其進行校正,校正的的主要方法有:參數法和工地校正法。參數法包括三參數法、四參數法、七參數法。工地校正是指在實地測量已知點的WGS-84坐標,將其與已知坐標進行校正;工地校正可選取用兩點校正、多點校正等多種形式。使用兩個已知點校正后進行測量或放樣是一種較為常見的作業方法。因此,對兩點校正的精度情況進行研究,對實際工作具有指導意義。

在線路測中,RTK的測量精度隨距離的遠近發生變化。在作業過程中,流動站相對于基準站的誤差“a+b×D”隨距離的增加而表現得并不明顯(每公里只增加1mm),但是點校正引入的定向誤差造成的點位誤差變化則非常明顯,設測量點位到基準站的距離為S1,用于流動站校正的已知點到基準站距離為S2,則由其定向引入的點位誤差與S2/S1相關,即測量邊與校正邊比值越大,測量得到的點位誤差越大。因此在進行線路測量RTK作業時,一定要根據設計精度與已知點間的距離計算其可進行滿足精度要求的作業距離。

四、RTK測量影響因素分析

RTK測量誤差主要包括以下幾個方面。

1.同信號傳播有關的誤差。包括電離折射、對流層折射和多路徑效應誤差。

2.同接收機有關的誤差。接收機位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強度誤差等。

3.外界環境影響。如車輛影響、無線電信號通道影響等。

RTK進行作業時,基準站與流動站之間的距離一般為幾公里至十幾公里。在這樣的距離情況下,由衛星至兩點觀測站電磁波傳播路徑上的大氣狀況甚為相似,因此基準站與流動站所受到的電離層誤差、對流層誤差影響均可通過差分得以消除。多路徑效應是RTK測量誤差的主要來源;其是由測站周圍的反射物所反射的衛星信號(反射波)進入接收機天線,對直接來自衛星的信號(直接波)產生干涉,從而使觀測值偏離直值產生的。多路徑效應的大小可以由其產生的一般情況進行推導,得出多路徑效應對于L1載波其最大影響約為4.8cm,對于L2載波其最大影響為6.1cm。

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