基準站任意架設技術的RTK測量精度分析與質量控制

左海玉，鄭艷光

(阜新市規劃設計研究院，遼寧阜新123000)

一、引 言

隨著RTK測量技術的不斷發展，基準站任意架設的方法已經廣泛應用于工程領域。在以往的RTK測量技術中，由于基準站需架設在已知點上，而實際工程測區范圍很大，不能擁有充足的已知點，即流動站的位置與點校正的位置較遠。所以給測量工作帶來了不便，降低了工作效率。基準站任意架設技術打破了這一局限，保證了測量工作的高效率。然而，基準站任意架設技術的點校正方式是采用流動站對已知點進行數據采集，并對測量結果與已知點數據進行計算，完成校正步驟。那么，流動站的對中誤差必然影響測量精度，已知點與基準站的位置關系也會引進定向誤差。本文就該技術進行試驗，并對測量精度進行分析。為測量工作，對采用任意點架設基準站技術提出了注意事項。

二、基準站任意點架設的原理

所謂RTK技術就是載波相位差分技術，即基準站把接收到的所有衛星信息(包括偽距、載波相位觀測值)和基站的一些信息，通過無線電通信設備傳送到流動站。在流動站完成初始化后，將基站傳來的載波觀測信號和本身收到的載波觀測信號進行差分處理，實時求解出兩站的基線值，進而由基站的坐標求得流動站的WGS-84坐標，通過坐標轉換，即可實時求得實用的坐標并給出相應的點位精度。

可見基準站任意點架設的RTK技術，是基于流動站與基準站的相對關系，通過基準站的準確坐標，計算得到流動站的正確位置。即，在已有或求得坐標轉換參數后，利用流動站對已知點進行數據采集，將測量結果與已知數據進行差計算，反算得到基準站正確位置。然后，將正確的基準站坐標數據發射給流動站，再次進行校正已知點。如此反復迭代，直到符合精度位置。一般只迭代一次[3]。

在已知坐標轉換參數條件下的任意基站工作原理數學表達形式如下[3]：

已知點坐標數據 A(x1，y1，h1);測量坐標A'(x1'，y1'，h1');基準站測量坐標 G(x2，y2，h2);校正后基準站坐標 G'(x2'，y2'，h2')

則，反算得到的基準站坐標 G'(x2'，y2'，h2')為

將反算得到的基準站坐標作為已知數據，再利用載波相位觀測方法，進行常規的RTK測量。

三、測量精度分析

RTK測量誤差源與GNSS定位誤差源相同，可分為與衛星有關的誤差、信號傳播過程中的誤差和接收機有關的誤差。這里不再贅述，可參考相關文獻。眾所周知，RTK測量精度隨距離的增加而降低。一般RTK測量儀器精度用“固定誤差+邊長比例誤差”的形式表示[1]。即：標稱精度a+b×D。

其中，a為固定誤差;b為邊長比例誤差;D為流動站與基準站之間距離。

本次試驗，采用華測X91型儀器。在RTK測量模式下得測量標稱精度為

基準站任意架設技術的點校正方法是，待流動站與基準站初始化結束后，采用流動站對已知點進行測量，并進行點校正。在此方法下，基準站不產生對中誤差。而流動站進行點校正時，既有對中誤差又有RTK隨距離而產生的誤差。假設流動站對中誤差為m流，流動站在已知點校正時的定位精度為m校，即m校=a+b×D，即在已知點上只測量一個WGS-84下的坐標用于校正，則該點會引入a+b×D大小的誤差。則RTK定向誤差m定，為

由此可見，RTK兩點校正時引入的方位角誤差會隨距離的增加而減小。在作業過程中，點校正引入的定向誤差對測量點位誤差的影響非常明顯。假設校正點距離基準站為S1，碎步點距離基準站為由此可知，定向影響的誤差與相關，即測量邊與校正邊比值越大，測量結果誤差越大。因此，進行RTK測量時，應根據精度要求，設計合理的測量方案。

四、試驗分析

為研究定向誤差對測量結果的影響。本次試驗故意將定向誤差放大，即，將采用較短邊進行點校正，將測量結果精度與估計精度進行對比。在測區內已知點相距一定距離內，選擇觀測條件較好的位置架設基準站。然后在測區內選擇5個已知點對其進行RTK測量，并計算出測量平均值與已知值得誤差，分析測量結果精度。定向點測量120個觀測歷元進行校正，取對中誤差為5 mm。校正完成后，對選定的已知點進行測量并以多歷元觀測值的平均值作為最終觀測值。

表1 采用較短邊定向后測量各點坐標與邊長的比例誤差m

計算基站與測量值、已知值得各自坐標方位角，比較其差值，并計算各點測量結果由RTK校正引入的定向誤差。

表2 RTK校正引入的定向誤差 s

通過兩次不同坐標數據推算的坐標方位可以看出，RTK測量得到的圖形以基站為中心向東偏轉。由此可見，用短邊引入的定向誤差比較明顯。

表3 對RTK測量各點的估計誤差與實際測量誤差對比

由表2提供的數據可以看出，隨距離的增加點位估計誤差與實際點位差值成線性相關，并且趨于穩定。因此，對于這個差值，可以看出它的大小隨距離增加而趨于常量，具有系統性。當然，應該考慮到環境因素造成的誤差。本次試驗選擇的5個點位周圍無明顯遮擋，且觀測時段天氣晴朗、氣溫無劇烈變化。通過試驗可知，用超短邊進行校正，尺度比誤差也大。測量的相對精度不能滿足導線測量規范的要求。

五、結束語

雖然儀器標稱精度很高，但在實際測量中，由于操作、觀測環境等因素而造成精度的降低。特別是采用超短邊(100m以內)進行校正尤為明顯。因此，為了保證測繪成果質量，應該避免超短邊校正。并且，用于校正的已知點的測量結果直接影響到校正后的測量精度。為此，在進行點校正時，必須保證已知點的觀測條件良好，必要時要采用腳架進行嚴格的對中整平，可有效地減弱因對中誤差而帶來的影響。在測量精度要求較高時，應該考慮到測量邊與校正邊的比例關系，通過預算而控制測量范圍。

[1]李征航，黃勁松．GPS測量與數據處理[M]．武漢：武漢大學出版社，2005：123-124．

[2]王峰，高飛．關于RTK基準站任意假設技術的探討和分析[J]．科學技術與工程，2007，7(20)：5422-5425．

[3]趙成銘．GPSRTK任意基準站方法在工程測量中的應用[J]．測繪與地理信息空間，2009(4)：161-162．

[4]王佩賢，張國卿．大地測量學基礎[M]．北京：煤炭工業出版社，2007．

[5]武漢大學測繪學院測量平差學科組．誤差理論與測量平差基礎[M]．武漢：武漢大學出版社，2003．