不同校正方法對RTK測圖精度的影響①

宋 珉，張 東，胡振彪

（1.青島市嶗山區(qū)計算機信息中心 山東 青島266003；2.青島市勘察測繪研究院，山東 青島266033）

0 引 言

近年來，RTK技術(shù)以其高效率、直觀快捷、實時性強、點位誤差不累積、操作簡單等優(yōu)點在測繪生產(chǎn)中得到了普遍的應(yīng)用［1]。雖然，RTK測量非常的快捷和方便，但因定位受各種因素的干擾，其在測量精度上還有一定差距。

采用RTK測量數(shù)據(jù)與經(jīng)典相對靜態(tài)定位數(shù)據(jù)進行比較的方法，研究討論RTK技術(shù)的實際作用范圍和隨距離增加時RTK的平面及高程測量精度以及不同校正方法對精度的影響問題，探討在距基準站多大距離范圍內(nèi)RTK滿足區(qū)域圖根控制測量和碎部測量精度，使RTK測量技術(shù)更好地滿足工程測量的要求。

1 GPS RTK技術(shù)

1.1 GPS RTK工作原理

實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)（RTK），它是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)發(fā)展中一個新的突破［2]。

RTK由GPS接收設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)三部分組成。其工作原理是：將一臺接收機置于基準站上；另一臺或幾臺接收機置于移動站上，基準站和移動站同時接收同一時間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。將這個改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及時傳遞給共視衛(wèi)星的移動站精化其GPS觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后移動站較準確的實時位置［3]。

1.2 GPS RTK校正方法

RTK在進行數(shù)字測圖時有三種校正方法：

1）基準站架設(shè)在已知點用單點校正；2）基準站架設(shè)在未知點用兩點校正；3）基準站架設(shè)在未知點用三點校正。

單點校正時將基準站架設(shè)在已知點上進行校正；兩點校正時將基準站架設(shè)在未知點，用兩個已知坐標點進行校正；三點校正是將基準站架設(shè)在未知點，采用三個已知點進行校正。在校正時，涉及到三參、四參、和七參數(shù)改正［4]。當用單點校正時，改正的是ΔΧ、ΔY和高程參數(shù)，當用兩點校正時，是線性改正，啟用四參數(shù)，包括：X平移、Y平移、旋轉(zhuǎn)角和比例，是同一個橢球內(nèi)不同坐標系間進行轉(zhuǎn)換的參數(shù)。三點校正時，是面改正，是分別位于兩個橢球內(nèi)的兩個坐標系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。七參數(shù)包括：三個平面參數(shù)、三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)、和一個比例尺因子。

2 實驗方案

采用實驗分析法、數(shù)據(jù)對比法對RTK測量精度問題進行研究，按以下五步進行：

1）根據(jù)試驗?zāi)康暮鸵螅谶x取測量路線，并在此路線上按原則選取控制點并記錄各個GPS控制點的位置和周圍環(huán)境。

2）以已知控制點為基礎(chǔ)，采集單點校正、兩點校正、三點校正方法利用RTK接收機進行定位數(shù)據(jù)的采集，并對所測量的數(shù)據(jù)進行處理。

3）將三種校正方法下的數(shù)據(jù)分別與已知靜態(tài)GPS測量點坐標進行對比，分析不同的校正方法對RTK測量精度的影響。

4）通過RTK測量數(shù)據(jù)與已知點水準測量高程對比，研究分析測量點高程精度隨距離變化情況。

5）根據(jù)對測量數(shù)據(jù)的處理，得到GPS RTK定位精度情況和作業(yè)范圍。

2.1 線路設(shè)計

按照控制點選取的原則進行選點工作，點位大部分布設(shè)于道路中心或者兩道路的交叉路口處，視場開闊，周圍無高大建筑物、無大功率無線電發(fā)射源，交通方便，便于儀器的安裝與工作。在設(shè)計線路上選取了33個點，其中三個校正點：A0、A1、A2；24個數(shù)據(jù)對比點，B1、B2……B24和距離測試試驗點；C1、C5、C7、C16.測量線路長約13.3km.如圖1所示。

圖1 GPS RTK觀測路線示意圖2

2.2 作業(yè)流程

1）設(shè)置基準站，當基準站是已知坐標點時，將基準站架設(shè)在已知點上，對中整平，將主機與發(fā)射電臺、備用電池、天線等正確連接，設(shè)置衛(wèi)星高度角、無線電類型、天線類型、頻率、基準站斜高等各項配置參數(shù)。當基準站是未知坐標點時不需對中整平和量取斜高；

2）設(shè)置移動站，設(shè)置連接方式和電臺通道號，輸入流動站的天線高，輸入觀測時間、次數(shù)等參數(shù)；

3）分別采用單點校正、兩點校正和三點校正對選區(qū)的試驗點進行測量。

三種校正方法觀測路線相同，所測點位相同，觀測環(huán)境基本相同，人員固定，采集點時嚴格地按照數(shù)據(jù)采集步驟，以保證數(shù)據(jù)的可比性。

2.3 精度分析

將三種校正方法得到的數(shù)據(jù)與靜態(tài)GPS測量數(shù)據(jù)進行對比分析，分別計算三種校正模式下的X坐標中誤差、Y坐標中誤差和點位中誤差，得到的對比結(jié)果如表1所示，通過對比可知，當用1個校正點時，中誤差值最小，均小于20mm，隨著已知校正點個數(shù)的增加，中誤差在逐漸增大，點位精度逐漸降低。

表1 三種校正情況下的點位平面精度中誤差對比表

三種模式下點位平面位移中誤差與移動站距基準站之間的距離之間的關(guān)系圖如圖2所示：點位中誤差隨距離的增加都逐漸增加，當距離增大到3 km時兩點和三點校正情況下的位移中誤差迅速增大。

分別選取單點、兩點、三點校正情況下的公共測量點高程坐標值與已知點高程值進行比較。高程中誤差隨與基準站距離的增加，呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，如圖3所示。根據(jù)《工程測量技術(shù)規(guī)范》規(guī)定對于四等水準點要求線路閉合差為±從以上對比可知，三種校正情況下當基準站與移動站距離超過3.5km時，高程精度無法滿足實際圖根控制測量。

3 結(jié) 論

實驗表明RTK在距離基準站3km范圍內(nèi)進行測量，其測量點位精度較高，一般在5cm范圍之內(nèi)，高程誤差滿足四等水準測量要求，且接收衛(wèi)星信號和來自基準站點的差分信息穩(wěn)定，能一直保證在固定接收狀態(tài)，無需為基準站和移動站失鎖擔(dān)心，其點位精度完全能達到1∶500圖根控制測量的要求，能很好地滿足線路和工程測量。就三種校正方法作比較，小范圍內(nèi)使用單點校正，測量點位的平面精度比其他兩種校正方法都要精確。

［1]李英冰，徐紹銼.利用RTK進行數(shù)字化測圖的經(jīng)驗總結(jié)［J].全球定位系統(tǒng)，2005，30（5）：30－34.

［2]蔡文惠，謝峰震.RTK技術(shù)實際應(yīng)用優(yōu)劣及其質(zhì)量控制探討［J].科技咨詢導(dǎo)報，2007（5）：47－50.

［3]張 東，梁 勇，劉紀平，等.RTK技術(shù)在控制測量與大比例尺測圖中的應(yīng)用研究［J].全球定位系統(tǒng)，2010，35（4）：31－34.

［4]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理與應(yīng)用［M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1998.