淺探影響RTK觀測質量的因素及其對策

柯振瑤

摘? 要：RTK技術是定位技術的重大突破，被廣泛應用于圖根控制測量、施工放樣、工程測量及地形測量等應用領域。但在實際作業中，如何保證其成果質量，以滿足作業生產中的各種需求，為此，在作業中應選擇科學的作業方法和采取一些作業措施。本文通過長期的作業實踐，總結了通過正確求解坐標轉換參數、基準站合理設置、控制作業半徑和選擇作業方法等經驗，可以有效提高RTK成果質量。

關鍵詞：RTK? 觀測質量? 基準站 對策

中圖分類號：P412.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0040-03

Abstract： RTK technology is a major breakthrough in positioning technology， which is widely used in mapping control survey， construction setting out， engineering survey and topographic survey. But in the actual operation， how to ensure the quality of its results to meet the various needs of the operation production， therefore， scientific operation methods and some operation measures should be selected in the operation. Through long-term operation practice， this paper summarizes the experience of solving coordinate conversion parameters correctly， setting reference station reasonably， controlling operation radius and selecting operation method， which can effectively improve the quality of RTK results.

Key Words： RTK; Observation quality; Reference station;Countermeasures

1? 引言

RTK （Real Time Kinematic） 是一種利用GPS載波相位觀測值進行實時動態相對定位的技術。進行RTK測量時，位于基準站上的GPS接收機通過數據通信鏈實時地把載波相位觀測值以及已知的站坐標等信息播發給附近工作的流動站，流動站就能根據基準站及自己所采集的載波相位觀測值，利用RTK數據處理軟件進行實時相對定位，進而根據基準站的坐標求得自己的三維坐標，并估計精度。

進行RTK測量時，至少需要配備兩臺GPS接收機，一臺接收機安裝在基準站上，觀測視場中所有可見衛星;另外一臺或多臺接收機在基準站附近進行觀測和定位，稱為流動站（如圖1所示）。

利用RTK技術可以在很短的時間內獲得厘米級的定位結果，并能對所獲得的結果進行精度評定，減少了由于成果不合格而導致的返工率。在RTK作業過程中，由于RTK本身存在不足，以及作業程序和方法選擇不科學，可能給成果質量帶來影響。為此，本文通過對RTK作業存在的不足進行分析，針對其問題提出一些方法和措施。

2? 影響RTK觀測質量的主要因素

RTK作業可能存在一些影響觀測質量的因素。主要如下所述。

（1）隨著流動站與基準站之間的距離的增加，各種誤差的空間相關性將迅速下降，導致觀測時間的增加，甚至無法固定整周模糊度而只能獲得浮點解，因此，在RTK測量中流動站和基準站之間的距離需要控制在一定范圍內。

（2）由于流動站的坐標只是根據一個基準站來確定，因此可靠性較差，基準站的設置也是影響觀測質量的一個主要問題。

（3）RTK在作業中采用的是WGS-84坐標系統，在實際工作中要求實時得出待測點實用坐標系，如1954年北京坐標系、1980西安坐標系或地方獨立坐標系等的坐標系，因此在作業中就涉及坐標系統的轉換，坐標轉換問題就顯得尤為重要。

3? 提高RTK觀測質量的措施和方法

通過我們的作業實踐，針對影響RTK觀測質量的各種因素，可采取了一些有效的措施和作業方法來加以克服，經驗表明通過選擇求解坐標轉換參數、合理設置基準站、控制作業半徑、科學選擇作業程序等方法可以達到此目的。

3.1 坐標轉換參數的求解

正確選擇RTK觀測所使用的坐標轉換參數，可保證RTK的觀測質量。

坐標轉換參數的求解方法，一般是在測區或周圍找到3～6個已知控制點，利用已知控制點的兩套坐標，采用坐標轉換數學模型進行求解。已知控制點（通常稱為公共點）的精度、密度及分布狀況對坐標轉換參數的求解質量有著直接的影響。因此，所選定的公共點要求精度要高，并且應均勻分布在測區周圍，且能控制整個測區。

求解轉換參數采用的數學模型一般采用嚴密的七參數轉換法（即3個平移參數，3個旋轉參數，1個尺度參數）。

從WGS-84坐標系到地方坐標系的轉換，通常采用Bursa（布爾莎）七參數轉換模型，即：

式中：

μ—尺度變化因子;

—在參心（T）坐標系的點位坐標;

—GPS接收機觀測的點位WGS-84坐標;

—兩個坐標原點之差，稱為平移參數。

稱為坐標轉換七參數。

當轉換參數未知時，則應用3個或3個以上的點的已知地方坐標和WGS-84坐標求解出轉換參數，其中WGS-84坐標可由靜態相對定位獲得，利用公共點的兩套坐標，代入下式反求出坐標轉換參數，即

求解坐標轉換參數時，應根據測區范圍及具體情況，并采用盡可能多的公共點，且對公共點進行可靠性檢驗，采用合理的數學模型，進行各種點結合方式分別計算和優選，經比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數使用。

求得精度最符合要求的坐標轉換參數后，就可把轉換參數和待測點的WGS-84坐標輸入坐標轉換模型，求得待測點地方坐標系的三維坐標值，此時求得的坐標值應最滿足精度要求。

3.2 基準站的合理設置

基準站的GPS接收機接收從2萬多公里高空的GPS衛星發出的信號，中間要經過電離層、對流層以及來自多方面的干擾，其信號一般十分微弱，通常只有-50～180db。同時，由于RTK數據鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關。因此，要提高GPS信號接收的質量，基準站必須遠離各種強電磁干擾源（如微波站、變電站、高壓線、電視發射塔等），為了削弱電磁波幅射副作用，離無線電發射臺應超過200m，離高壓線應超過50m;同時，在GPS觀測時，基準站周圍的反射物所反射的衛星信號（反射波）會進入GPS接收機，將和直接來自衛星的信號（直接波）產生干涉，并嚴重影響RTK觀測的定位精度，使觀測值偏離真值產生所謂的“多路徑誤差”，即多路徑效應，為了減少多路徑效應的影響，基準站應設置在較為開闊的地方，周圍應無明顯的大面積的信號反射物（如面積較大的水域、大型建、構筑物等）;另外，基準站應設置在測區地勢較高的位置，天線盡量設置高一些，并避開基準站和移動站之間較大的遮擋物（如高層建筑物、高山、密林等），以提高電臺信號的傳輸距離。

基準站選擇的點位應該滿足GPS觀測要求，根據星歷預報結果安排觀測時間，通常要求空間位置精度因子PDOP值小于6，在PDOP值較大時，較容易出現粗差，應該避免該時間移動站的觀測，利用PDOP值較好的時間段觀測，不僅效率快，而且精度高，同時在觀測過程中可減少誤差和加快初始化收斂。

3.3 作業半徑的控制

移動站離開基準站的最短距離稱作RTK的作業半徑，它的大小取決于基準站電臺信號的傳輸距離，而且對RTK測量的速度和精度有著直接影響。

作業半徑的控制要根據測區地形地貌的實際情況而定，測區地勢較好平坦時，作業半徑可適當放寬，但也不宜超過15km;測區建筑物或樹木較多時，移動站接收電臺信號比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差，作業半徑控制在10km以內為宜。當信號受影響嚴重時，應進一步縮短作業半徑，以提高RTK觀測的精度和速度。在城鎮區作業時，如移動站與基準站之間有房屋遮擋，即使作業半徑相距不到1km，移動站也很難收到基準站的差分信號，則很難進行RTK測量，故在城鎮測量時盡量不宜采用RTK進行測量。

3.4 作業方法的選擇

為保證RTK觀測的質量，即保證測量的精度，速度和可靠性，除了正確求解坐標轉換參數、合理設置基準站和限制作業半徑外，還應注意RTK觀測方法。

（1）觀測衛星的圖形強度要高。在進行坐標解算時，觀測衛星數越多，分布越均勻，則PDOP值越小，RTK觀測定位精度和可靠性越高;反之，PDOP值越大，定位精度越低。因此，根據RTK衛星狀態的要求，應該在接收衛星數保持在5顆以上，PDOP值小于6的狀況下才開始進行RTK測量。

（2）應嚴格按GPS操作規程操作。作業時，基準站接收機應嚴格整平、對中、正確量取天線高，確保已知數據的輸入無誤。對儀器基座和測桿上的水準器等必須定期嚴格校正，以避免系統誤差的影響。

（3）作業中必須注重成果的檢核，為保證RTK的實測精度和可靠性，每項作業開始前或重新架設基準站后，必須進行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，檢核坐標與已知坐標較差符合要求后，才能進行RTK測量。

（4）用RTK方法進行控制測量觀測時，流動站距離基準站的距離應不大于5km，觀測中為了保證測量成果的精確、可靠，應采用三角架對中、整平，每次觀測歷元數應不少于20個，即采用多歷元的觀測結果，以消除偶然誤差，各次測量的平面坐標較差應不大于±4cm。

4? 結語

RTK技術是定位技術的重大突破，被廣泛應用于圖根控制測量、施工放樣、工程測量及地形測量等應用領域。但在實際作業中，如何保證其成果質量，以滿足作業生產中的各種需求，為此，在作業中應選擇科學的作業方法和采取一些作業措施。本文通過長期的作業實踐，總結了通過正確求解坐標轉換參數、基準站合理設置、控制作業半徑和選擇作業方法等經驗，可以有效提高RTK成果質量。

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