RTK小區(qū)域測(cè)量精度探討

劉想林

東莞市沙田測(cè)繪隊(duì)

摘要：本文針對(duì)小區(qū)域內(nèi)RTK測(cè)量定位的精度和可靠性問(wèn)題展開(kāi)分析與研究，提出了RTK定位精度的檢測(cè)方法，通過(guò)對(duì)RTK測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)符合精度檢測(cè)，分析了RTK在小區(qū)域工程測(cè)量中實(shí)現(xiàn)高精度定位的技術(shù)可行性。

關(guān)鍵詞：PTK；小區(qū)域；測(cè)量精度

引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，一種新興的RTK—網(wǎng)絡(luò)RTK（VRS）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，VRS的意思是虛擬參考站，VRS不僅是GPS的產(chǎn)品，更是集Internet技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和GPS定位技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程。它的出現(xiàn)使一個(gè)地區(qū)的所有測(cè)繪工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，結(jié)束了以前GPS作業(yè)的單打獨(dú)斗局面。它克服了RTK技術(shù)的局限性，擴(kuò)展了RTK的作業(yè)距離，使GPS技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，精度和可靠性進(jìn)一步提高，使從前許多GPS無(wú)法完成的任務(wù)成為可能。

一、RTK測(cè)量的特點(diǎn)

1、RTK 誤差的來(lái)源

RTK 測(cè)量的誤差可分為兩類(lèi)，同測(cè)站有關(guān)的誤差和同距離有關(guān)的誤差。

同測(cè)站有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號(hào)干擾和氣象因素影響等，其中多路徑誤差是RTK 定位測(cè)量中最嚴(yán)重的誤差。多路徑誤差主要取決于GPS 接收機(jī)天線周?chē)沫h(huán)境，若天線周?chē)懈叽蠼ㄖ锘虼竺娣e水面時(shí)，將對(duì)電磁波有強(qiáng)反射作用。通常情況下，多路徑誤差為1 ～ 5 cm，高反射環(huán)境下可達(dá)10 cm 以上，且多路徑誤差的大小常以5 ～ 20min 呈周期性變化，這對(duì)RTK 測(cè)量將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

同距離有關(guān)的誤差包括控制點(diǎn)的WGS84 坐標(biāo)誤差、軌道誤差、電離層誤差和對(duì)流層誤差。控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)誤差為10 m，10 km 基線解算誤差可達(dá)1 cm；目前軌道誤差只有幾m，其殘余的相對(duì)誤差約為10-6，對(duì)小于10 km 的基線而言，其影響可忽略不計(jì)。電離層誤差一般其影響小于5×10-6。對(duì)流層誤差同點(diǎn)間距離高差有關(guān)，一般影響在3×10-6 以內(nèi)。對(duì)于同測(cè)站有關(guān)的誤差可通過(guò)各種校正方法和有效措施予以削弱，而同距離有關(guān)的誤差將隨流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離增大而加大。因此，在進(jìn)行RTK 測(cè)量時(shí)，除采取有效措施削弱測(cè)量誤差外，一般作業(yè)半徑不大于10 km 為宜。

采用扼流圈天線或具有抑徑板的GPS系統(tǒng)可有效減弱多路徑誤差。

2、整周模糊值研究表明，確定整周模糊值（即初始化）的時(shí)間和可靠性，是RTK 系統(tǒng)能否實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵。

RTK 系統(tǒng)可以在運(yùn)動(dòng)中確定整周模糊值（OTF）。

在正常條件下，地面兩點(diǎn)間距離較短時(shí)，能夠通過(guò)對(duì)觀測(cè)值的差分處理減弱大部分電離層和對(duì)流層的影響。

實(shí)踐證明，確定整周模糊值的時(shí)間和可靠性取決于4 個(gè)因素，即接收機(jī)類(lèi)型（多系統(tǒng)、雙頻）、所觀測(cè)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)、流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離及RTK 計(jì)算引擎質(zhì)量。一般情況下，接收數(shù)據(jù)鏈信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性越高，其初始化的時(shí)間越短；RTK 初始化的時(shí)間同距離有關(guān)；解算時(shí)采用的衛(wèi)星個(gè)數(shù)越多，RTK 的精確性和可靠性越好；流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離越近，其初始化的時(shí)間越短。

3、數(shù)據(jù)鏈

RTK 測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站需要實(shí)時(shí)地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號(hào)（觀測(cè)值及相關(guān)數(shù)據(jù)），才能求待定點(diǎn)的位置。因此，能否連續(xù)可靠地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的信號(hào)，是RTK 能否成功的決定因素，也是制約RTK 測(cè)程的關(guān)鍵因素。

目前，一般采用UHF 電臺(tái)播發(fā)差分信號(hào)，其頻率大約為450 ～ 470 MHz。根據(jù)電磁波理論，它的傳輸屬于一種視距傳輸（準(zhǔn)光學(xué)通視），其最大的傳輸距離是由接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素決定的。因此，在沙漠、平原、海域等地區(qū)，其RTK 定位的效果比較好；而在城區(qū)、山地、森林等地區(qū)進(jìn)行RTK 測(cè)量時(shí)，其成果質(zhì)量及作業(yè)效率將受到一定影響，甚至無(wú)法進(jìn)行作業(yè)。

由于信號(hào)遮擋和頻率沖突，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減和失鎖?？梢酝ㄟ^(guò)基準(zhǔn)站未發(fā)射信號(hào)時(shí)，觀察流動(dòng)站的數(shù)據(jù)鏈接收指示燈狀態(tài)，以確定是否發(fā)生頻率沖突。

二、幾種RTK作業(yè)方法的精度比較實(shí)例

1、動(dòng)態(tài)與快速靜態(tài)測(cè)量比較

2003年8月，我院對(duì)蘇北一條高速公路的四等和一級(jí)控制網(wǎng)用快速靜態(tài)的方法進(jìn)行了第一次復(fù)測(cè)，然后采用RTK技術(shù)進(jìn)行了第二次復(fù)測(cè)。兩次測(cè)量的成果比較見(jiàn)下表：

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，RTK 與GPS快速靜態(tài)測(cè)量成果的坐標(biāo)分量最大差異為1. 8cm，這其中還包括了對(duì)中等其它測(cè)量誤差的影響。因此在本例中，RTK 測(cè)量與GPS快速靜態(tài)測(cè)量的成果無(wú)顯著差異，精度相當(dāng)。

2、單次測(cè)量與雙次測(cè)量的精度比較

2005年3月，我院在南京郊區(qū)進(jìn)行了RTK 單次測(cè)量與雙次測(cè)量（第二次測(cè)量時(shí)需重置整周模糊度）的精度比較測(cè)試。測(cè)量的點(diǎn)位主要是一級(jí)圖根控制點(diǎn)，表2和表3 中點(diǎn)位的各種精度指標(biāo)是在WGS - 84坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，由Ski-Pro 后處理軟件平差所得。

表2、表3 中的M p、Mh 和M p +h 是指點(diǎn)位在平面、高程和空間位置的均方根（RM S）。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析，雙次測(cè)量能顯著地提高RTK 測(cè)量的精度，在本例中約提高了45%，但不管是雙次測(cè)量還是單次測(cè)量，其成果的平面中誤差Mp和高程中誤差Mh均未超過(guò)±5cm。

3、用三腳架測(cè)量與專用側(cè)桿測(cè)量的成果比較

三腳架測(cè)量與專用測(cè)桿測(cè)量孰優(yōu)孰劣，是個(gè)難于回答的問(wèn)題。其實(shí)兩者各有利弊：三腳架的平面對(duì)中誤差小是其最大的優(yōu)點(diǎn)，但這是以光學(xué)對(duì)中器的檢校正確為前提的，由于外業(yè)工作條件和運(yùn)輸?shù)确矫娴脑?，要做到這一點(diǎn)并不容易。攜帶不方便是其最大的缺點(diǎn)。

專用測(cè)桿都配有園水準(zhǔn)氣泡和支撐桿，一般與其它設(shè)備的配套較好，與三腳架相反，攜帶方便是其最大的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)桿一般高度較高，對(duì)中的可靠性一直是人們懷疑的地方。

2005年4月，在南京郊區(qū)的一次RTK測(cè)量中，開(kāi)始我們用專用測(cè)桿進(jìn)行測(cè)量，后因委托方的要求用三腳架進(jìn)行了重測(cè)，因此獲得了一組比較數(shù)據(jù)。

表4的數(shù)據(jù)有點(diǎn)出乎原先的估計(jì)，因?yàn)楸容^容易發(fā)生誤差的平面坐標(biāo)吻合較好，而高程方面的差異較大。事后分析，主要原因是作業(yè)開(kāi)始前對(duì)三腳架和測(cè)桿的對(duì)中氣泡均進(jìn)行了檢校，因而其對(duì)平面坐標(biāo)的影響不大。高程方面的差異，主要是由天線高量測(cè)誤差和GPS高程精度相對(duì)較弱而引起的結(jié)果，這也從一個(gè)側(cè)面證實(shí)了GPS精度方面的一些理論。

三、關(guān)于RTK的質(zhì)量控制

研究表明，RTK 確定整周模糊度的可靠性在95-99%左右，另外RTK比靜態(tài)GPS還多出諸如數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)瘸鲥e(cuò)的機(jī)會(huì)，因此和GPS靜態(tài)測(cè)量相比，RTK測(cè)量更容易發(fā)生錯(cuò)誤，這就要求我們必須進(jìn)行質(zhì)量控制，根據(jù)我們的研究的試驗(yàn)，較為有效的方法有以下幾種：

1、已知點(diǎn)比較法：作為RTK 測(cè)量起算數(shù)據(jù)的高級(jí)控制網(wǎng)，一般用GPS靜態(tài)獲得，具有很高的可靠性。為檢核坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、已知數(shù)據(jù)輸入及RTK 測(cè)量各種過(guò)程的正確性，可以通過(guò)將已知點(diǎn)納入到測(cè)量鏈中的方式進(jìn)行檢查，這是一種十分有效的方法，可在任何情況下時(shí)使用。

2、重合點(diǎn)比較法：每次初始化成功后，或測(cè)量2-4h左右應(yīng)重合1-2個(gè)已測(cè)過(guò)的RTK 點(diǎn)，以此來(lái)檢查基站設(shè)置的正確性和測(cè)量鏈過(guò)長(zhǎng)后可能產(chǎn)生的點(diǎn)位坐標(biāo)漂移誤差，這種方法可以在首站完成后的設(shè)站時(shí)使用。

3、雙基站檢測(cè)法：在測(cè)區(qū)內(nèi)同時(shí)建立兩個(gè)以上基準(zhǔn)站，每個(gè)基準(zhǔn)站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動(dòng)站用變頻開(kāi)關(guān)選擇性地分別接收每個(gè)基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，從而得到兩個(gè)以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可檢驗(yàn)其質(zhì)量狀況。這種方法的變通是在不同時(shí)段兩次架站，但缺點(diǎn)是工作效率較低，所以使用不多。

4、已知基線長(zhǎng)度測(cè)量檢驗(yàn)。在使用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)區(qū)，往往缺少已知數(shù)據(jù)，在此情況下，可對(duì)已知基線的兩端進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)定，以解算邊長(zhǎng)與理論邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，這也從一定程度上對(duì)RTK 成果進(jìn)行了檢核。

四、結(jié)束語(yǔ)

精度是一切測(cè)量工作的基礎(chǔ)，測(cè)繪工作者不僅要依據(jù)精度要求制定作業(yè)方法，選定測(cè)量?jī)x器，而且還要在測(cè)量工作完成后評(píng)價(jià)成果的精度水平。目前測(cè)繪儀器技術(shù)的發(fā)展大大提高了測(cè)量所能達(dá)到的精度水平。但是對(duì)于精度問(wèn)題的研究始終是測(cè)繪工作者關(guān)心的問(wèn)題。

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輯中在9s內(nèi)若有25%的燃燒器退出，則引發(fā)MFT。在此回路中，既考慮了高負(fù)荷（電負(fù)荷>80%）下?tīng)t膛滅火的提前量，又考慮了特殊情況下的穩(wěn)定燃燒（例如RB）。經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，起到了很好的作用。

3.3關(guān)于MFT出口信號(hào)的問(wèn)題

由于MFT的軟邏輯和硬繼電器兩套回路互相冗余，所以當(dāng)MFT條件出現(xiàn)時(shí)軟件會(huì)送出相應(yīng)的信號(hào)來(lái)停掉相關(guān)的設(shè)備，同時(shí)MFT繼電器也會(huì)向這些設(shè)備中的絕大部分送出一個(gè)硬接線信號(hào)來(lái)停掉它們。例如，MFT發(fā)生時(shí)邏輯會(huì)通過(guò)相應(yīng)的模塊輸出信號(hào)來(lái)關(guān)閉油母管跳閘閥，同時(shí)MFT接點(diǎn)也會(huì)送出信號(hào)來(lái)直接關(guān)閉該跳閘閥。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，軟回路和硬回路動(dòng)作的設(shè)備并不完全重合。例如，MFT停汽機(jī)硬MFT繼電器回路有輸出信號(hào)，而軟MFT邏輯邏輯回路就沒(méi)有單獨(dú)的信號(hào)線到大機(jī)ETS柜。這樣當(dāng)這唯一的一路信號(hào)發(fā)生問(wèn)題時(shí)就不能及時(shí)停機(jī)。為此對(duì)以下重要設(shè)備增加了軟回路（DCS柜DO卡件輸出）和硬MFT繼電器回路（從MFT繼電器柜端子排輸出）雙接線：MFT跳大機(jī)（至大機(jī)ETS柜）、MFT停A/B給水泵（至A/B小機(jī)MEH柜）、MFT停吹灰（至吹灰柜）、MFT跳發(fā)電機(jī)（至發(fā)電機(jī)保護(hù)屏A/B屏）。

3.4泄漏試驗(yàn)旁路MFT功能的實(shí)現(xiàn)

在鍋爐點(diǎn)火前應(yīng)進(jìn)行燃油系統(tǒng)的泄漏試驗(yàn)，且泄漏試驗(yàn)應(yīng)在MFT未復(fù)歸的前提下進(jìn)行。當(dāng)MFT發(fā)生后，為可靠地切斷進(jìn)入爐膛的燃料，MFT軟回路和硬繼電器控制回路將同時(shí)強(qiáng)制關(guān)閉點(diǎn)火油及啟動(dòng)油進(jìn)油快關(guān)閥、油壓調(diào)節(jié)閥、回油電動(dòng)閥、泄漏試驗(yàn)閥，直至MFT條件消失，MFT信號(hào)復(fù)歸。而進(jìn)行燃油系統(tǒng)的泄漏試驗(yàn)時(shí)必須打開(kāi)以上閥門(mén)，對(duì)爐前油管道進(jìn)行充油。為了解決以上矛盾，在DCS系統(tǒng)CRT畫(huà)面上用軟件做了一個(gè)油泄漏試驗(yàn)旁路MFT信號(hào)軟按鈕，用以旁路MFT軟硬回路的強(qiáng)關(guān)點(diǎn)火油及啟動(dòng)油進(jìn)油快關(guān)閥、油壓調(diào)節(jié)閥、回油電動(dòng)閥、泄漏試驗(yàn)閥的信號(hào)。

3.5 熱控電源喪失報(bào)警及其切換的問(wèn)題

鑒于熱控設(shè)備的重要性，一般情況下熱控設(shè)備均設(shè)計(jì)有2路互為備用的電源回路。當(dāng)其中一路電源失去時(shí)，自動(dòng)切換到備用電源，此時(shí)可以保證設(shè)備的安全運(yùn)行。為了對(duì)熱控設(shè)備的電源有效地進(jìn)行監(jiān)視，在DCS畫(huà)面中增加了一幅熱控設(shè)備電源監(jiān)視專用畫(huà)面，當(dāng)兩路電源中有一路電源失去時(shí)，軟光子牌報(bào)警，提醒熱控人員及時(shí)檢查處理；當(dāng)兩路電源均失去時(shí)，DCS系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，提醒運(yùn)行人員采取緊急措施。具體報(bào)警內(nèi)容包括：DCS系統(tǒng)電源柜失去報(bào)警、FSSS火檢柜電源失去報(bào)警、DCS系統(tǒng)各個(gè)CP柜電源失去報(bào)警、空預(yù)器火災(zāi)報(bào)警柜電源失去報(bào)警、空預(yù)器間隙調(diào)整柜電源失去報(bào)警、吹灰系統(tǒng)控制柜電源失去報(bào)警、熱控就地執(zhí)行器電源失去報(bào)警、ETS柜電源失去報(bào)警、大小機(jī)TSI柜電源失去報(bào)警、DEH柜電源失去報(bào)警、MEH柜電源失去報(bào)警等。

4結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代飛速發(fā)展的工業(yè)，能源需求愈來(lái)愈大，電能已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。隨著電力工業(yè)迅速發(fā)展，大電網(wǎng)、高參數(shù)、大機(jī)組、高度自動(dòng)化已成為電力工業(yè)的基本特征，火電機(jī)組的單機(jī)容量不斷增大，600MW 機(jī)組已逐漸成為新建電廠的主力機(jī)組。鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS主要承擔(dān)了機(jī)組鍋爐保護(hù)和燃燒器管理的任務(wù)，其系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量必須可靠，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想應(yīng)該先進(jìn)、完善，軟件邏輯設(shè)計(jì)正確、合理。只有做到這一點(diǎn)，才能完全消除可能出現(xiàn)的拒動(dòng)和誤動(dòng)，保證600MW火電機(jī)組的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

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