基準站任意架設(shè)技術(shù)的RTK測量精度分析與質(zhì)量控制

左海玉，鄭艷光

(阜新市規(guī)劃設(shè)計研究院，遼寧阜新123000)

一、引 言

隨著RTK測量技術(shù)的不斷發(fā)展，基準站任意架設(shè)的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。在以往的RTK測量技術(shù)中，由于基準站需架設(shè)在已知點上，而實際工程測區(qū)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?；鶞收救我饧茉O(shè)技術(shù)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(shè)技術(shù)的點校正方式是采用流動站對已知點進行數(shù)據(jù)采集，并對測量結(jié)果與已知點數(shù)據(jù)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(guān)系也會引進定向誤差。本文就該技術(shù)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(shè)基準站技術(shù)提出了注意事項。

二、基準站任意點架設(shè)的原理

所謂RTK技術(shù)就是載波相位差分技術(shù)，即基準站把接收到的所有衛(wèi)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(shè)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(zhuǎn)換，即可實時求得實用的坐標并給出相應(yīng)的點位精度。

可見基準站任意點架設(shè)的RTK技術(shù)，是基于流動站與基準站的相對關(guān)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(zhuǎn)換參數(shù)后，利用流動站對已知點進行數(shù)據(jù)采集，將測量結(jié)果與已知數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)發(fā)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(zhuǎn)換參數(shù)條件下的任意基站工作原理數(shù)學表達形式如下[3]：

已知點坐標數(shù)據(jù) 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(shù)據(jù)，再利用載波相位觀測方法，進行常規(guī)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(wèi)星有關(guān)的誤差、信號傳播過程中的誤差和接收機有關(guān)的誤差。這里不再贅述，可參考相關(guān)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(shè)技術(shù)的點校正方法是，待流動站與基準站初始化結(jié)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(chǎn)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(chǎn)生的誤差。假設(shè)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(yè)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(shè)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(guān)，即測量邊與校正邊比值越大，測量結(jié)果誤差越大。因此，進行RTK測量時，應(yīng)根據(jù)精度要求，設(shè)計合理的測量方案。

四、試驗分析

為研究定向誤差對測量結(jié)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(jié)果精度與估計精度進行對比。在測區(qū)內(nèi)已知點相距一定距離內(nèi)，選擇觀測條件較好的位置架設(shè)基準站。然后在測區(qū)內(nèi)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)。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(shù)據(jù)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(guān)，并且趨于穩(wěn)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(tǒng)性。當然，應(yīng)該考慮到環(huán)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(guī)范的要求。

五、結(jié)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(huán)境等因素而造成精度的降低。特別是采用超短邊(100m以內(nèi))進行校正尤為明顯。因此，為了保證測繪成果質(zhì)量，應(yīng)該避免超短邊校正。并且，用于校正的已知點的測量結(jié)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?qū)χ姓`差而帶來的影響。在測量精度要求較高時，應(yīng)該考慮到測量邊與校正邊的比例關(guān)系，通過預算而控制測量范圍。

[1]李征航，黃勁松．GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢：武漢大學出版社，2005：123-124．

[2]王峰，高飛．關(guān)于RTK基準站任意假設(shè)技術(shù)的探討和分析[J]．科學技術(shù)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(yīng)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(chǔ)[M]．北京：煤炭工業(yè)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(chǔ)[M]．武漢：武漢大學出版社，2003．