RTK的精度分析及其在數字化測圖中的應用

張 瑞（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110004）

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RTK的精度分析及其在數字化測圖中的應用

張 瑞
（沈陽市勘察測繪研究院，遼寧 沈陽 110004）

摘 要：GPS-RTK技術，在今天的測繪工程上是很常見的一種測量技術，其主要應用于控制測量、工程設計、地形測繪以及建設放樣等多個工作領域，也是如今發(fā)展較為迅速的一種測量技術。當然，精度是一切測量工作的基礎，所以精度問題是測繪工作的根本問題。本文以實驗的方式，從平面和高程兩個方面進行了精度分析，再結合具體事例詳細分析了影響RTK測量精度的各種因素，對今后的RTK測量有很好的參考作用。

關鍵詞：GPS；RTK；測量原理；精度分析；誤差來源

隨著測量技術的發(fā)展，GPS技術就已經形成許多成熟的方法，如靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、準動態(tài)測量以及動態(tài)測量等諸多測量方法，其中不乏有可以達到很高精度的測量方法。例如，靜態(tài)測量精度可以達到厘米級甚至毫米級，但是觀測時間較長，需要記錄觀測數據和進行事后處理，才能得到觀測的坐標。由于RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，所以，定位也會由于遮擋，磁場等原因的干擾，某些時候會導致不可信度的產生，如假值、粗差情況的發(fā)生。因此，研究RTK測值的精度狀況也是十分必要的。

1　RTK定位原理

1.1RTK的組成

RTK由基準站、流動站、數據鏈三部分組成。

1.2RTK定位原理

1.2.1RTK測量原理

RTK系統(tǒng)主要是由一個參考站（即基準站）、若干個流動站、數據通訊系統(tǒng)3大部分組成。RTK測量時，基準站將接收到的所有衛(wèi)星信息及其基準站信息一起由通訊系統(tǒng)傳送給各個流動站。各流動站在接收衛(wèi)星數據的同時還接收基準站傳送的信息，當流動站完成初始化工作后，控制器即可根據接收到的信息實時計算并顯示出流動站的點位坐標。

1.3RTK測量誤差來源及質量控制

1.3.1誤差來源

GPS測量定位的誤差主要來源于GPS衛(wèi)星（星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、相對論效應）、衛(wèi)星信號的傳播過程（電離層誤差、對流層誤差、多路徑效應）和地面接收設備（接收機鐘差、天線相位中心位置的偏差、接收機不同通道間的延遲誤差）。

1.3.2誤差統(tǒng)計采用的公式

（1）點位誤差（較差）、高程誤差（較差）：

式中：△p、△z分別為比測點的點位誤差（較差）、高程誤差（較差），X、Y、Z分別為比測點的X坐標、Y坐標及高程的原成果，Xc、Yc、Zc分別為比測點的X坐標、Y坐標及高程比測值。

（2）中誤差

式中：

m中為統(tǒng)計項的中誤差；△為統(tǒng)計項的單點誤差（較差）；n為統(tǒng)計項的比測點數。

（3）均方差

式中：

m均方為統(tǒng)計項的均方差；△為統(tǒng)計項的單點誤差（較差）；n為統(tǒng)計項的比測點數。

1.3.3質量控制

近年來，隨著GPS不斷的發(fā)展，RTK技術已經得到了廣泛的應用。在圖根控制、像片控制、施工放樣及帶狀圖測繪等諸多方面，取得了優(yōu)異的成績。但是，RTK測量也受到了諸多因素的影響，因此，必須對RTK測量成果進行質量控制，以確保實際觀測的RTK成果的正確性、可靠性。

質量控制的幾種方法：

（1）已知點檢核比較法；

（2）重測比較法；

（3）電臺變頻實時檢測法。

1.4RTK測量中應注意的問題

（1）觀測時間

（2）機內精度設置

（3）測站架設與觀測要求。

2　數據采集

2.1測區(qū)概況

該實驗在阜新遼寧工程技術的大學北校區(qū)進行，該測區(qū)位于阜新市細河區(qū)，緯度42°02′35″，經度121°39′23″左右，距離阜新市里4km左右（直線距離）。測區(qū)位于阜新市北部，所以地形較為平坦，通視條件良好，通訊方便。

2.2數據獲取

（1）獲取校園10個已知控制點數據。已知校園控制點。

（2）用華測GPS-RTK對10個已知校園控制點進行測量。首先找到10個校園控制點，在這些點上，嚴格進行RTK點測量，得到控制點數據。

3　RTK的數據精度分析

3.1精度分析

本文實驗所用到的儀器為華測RTK，水平精度8mm+1×10-6；垂直精度15mm+1×10-6。全站儀為拓普康GTS-332N，其測角精度為±2″/5″，測距精度為±2mm+1×10-6。在觀測過程中嚴格按照相應的操作規(guī)程，以儀器的標稱精度作為先驗精度估值，從而保證所獲得的RTK數據能滿足圖根控制精度要求。

3.1.1高程精度分析

通過已知校園控制點水準高程和GPS-RTK測得的高程進行比較分析。從實驗研究角度出發(fā)，可以把三、四等水準高程視為理論值，來分析10個校園控制點高程誤差。

數據分析：

計算這10個點的高程中誤差：

△h的均值為+1.0cm； （1）

高程中誤差：

（1）統(tǒng)計分析

由概率統(tǒng)計知識知道，如果這10個校園控制點觀測值誤差服從正態(tài)分布，其誤差分布應呈現一定的統(tǒng)計規(guī)律。根據這個原則，制作較差統(tǒng)計表，見表1。

從統(tǒng)計表可以看出，實際百分比與理論百分比差距有一定的差異，因此說明數據中可能存在一定的粗差。

（2）粗差檢驗

因應用RTK過程中可能會出現粗差、不可靠值等影響實驗結果精度的問題，所以數據分析的首要任務是剔除存在粗差的RTK高程觀測值。這里使用了樣本分位值檢驗，原理和符號含義查找文獻，直接寫出：

SR是兩側的粗差檢驗統(tǒng)計量，在顯著水平α下的臨界值為S（n，α），當SR＞S（n，α）時，就認定其是粗差，應予以剔除。

通過這種方法檢驗可以認為這10個校園控制點觀測值的誤差來自于正態(tài)總體的樣本。這10個校園控制點高程真誤差，即△h的均值為1cm，標準差為±0.3cm。

3.1.2平面精度分析

將RTK測得數據與已知控制點數據平面坐標進行比較，得出平面較差表，見表2。

數據分析：

計算這10個點的平面坐標中誤差：

X坐標中誤差：

Y坐標中誤差：

3.2結論

在RTK測量過程中，誤差不累積，高程測量精度因為距離遠近的變化而變化，因此在高程點間的距離較近的情況下高差精度難以達到等級水準的測量精度。在測量距離較遠的情況下（待測點與基準站距離大于1km），由于路程的增加使得水準測量的限差擴大，能夠提高測量精度，且觀測高程90%可以滿足四等要求。所以，在遠距離測量中，RTK的測量精度在一定程度內可以滿足要求。

通過坐標檢驗法比較分析，不難看出GPS—RTK測量平面的精度，在嚴格的操作并無任何因素影響的情況下，完全符合要求。

4　在數字化測圖中的應用

4.1測區(qū)概況

該項目低點是在內蒙古通遼市甘旗卡鎮(zhèn)，位于通遼市東南部，地處東經121°30′～ 123°42′，北緯42°40′～43°42′之間。該測區(qū)處于平原地帶，地勢平整。由于近年城鎮(zhèn)與耕地變化較大，原有的地形圖不能夠滿足發(fā)展建設的要求，所以，進行重新測繪地形圖是非常有必要的。數字化測圖為1∶2000地形圖。

表1　RTK高程和控制點高程較差統(tǒng)計表

表2　 控制點平面坐標與RTK平面坐標比較表

4.2數字化成圖

（1）數據獲取

利用RTK在測區(qū)進行碎步點采集。將基站設在地界開闊之處，然后通過已知控制點進行七參解算、點校正。準備工作做好后，在設置好基準站之后，在流動站衛(wèi)星信號較好，且高度角大于15°，有效衛(wèi)星盡可能多的情況下，只需短短幾秒時間，就可得到毫米級的平面定位和厘米級的高程定位精度。

（2）數據處理

測量工作結束后，用電腦直接導出RTK所采集的碎部點數據，并進行數字化成圖的編輯。對數據進行預處理、坐標變換并且生成“dat”格式文件，用來進行CASS成圖。

（3）圖形生成

通過CASS中執(zhí)行處理好的“.DAT”文件，執(zhí)行下拉菜單“繪圖處理/定顯示區(qū)”確定繪圖區(qū)域；執(zhí)行下拉菜單“繪圖處理/展野外測點點位”，并且輸入比例尺1∶2000。數字化成圖必須按一定的順序進行，對明顯的具有分塊作用的地物先輸入。然后依元素的主次進行分塊作業(yè)。對規(guī)則的地物，保證圖形符合其投影規(guī)律，必要時運用輔助線方法以得到正確圖形。

結論

本文在介紹RTK技術測量原理的同時，分析了RTK測量精度的問題，本文具體的研究工作如下：

（1）介紹了RTK的組成以及原理。并分析了GPS-RTK定位的主要誤差來源和在測量時的注意事項；

（2）根據RTK的實用性，簡單的介紹了其在各個方面的應用和質量控制問題；

（3）通過實驗，對華測RTK的精度進行了分析、提出結論。并將本次試驗所得經驗和結論，應用到實例中去，在實踐中驗證了RTK所達到的精度。

參考文獻

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中圖分類號：TU198

文獻標識碼：A