雙基準(zhǔn)站RTK檢測及精度分析

摘 要：文章主要從RTK檢測技術(shù)的內(nèi)涵、RTK—GPS定位的基本原理、對RTK檢測結(jié)果產(chǎn)生影響的因素以及雙基準(zhǔn)站RTK檢測精度實(shí)驗(yàn)及結(jié)果等方面對雙基準(zhǔn)站RTK檢測的基本情況及結(jié)果的精度等問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：雙基準(zhǔn)站；RTK檢測；精度分析

隨著科研水平的不斷提高，各種高科技技術(shù)也在不斷進(jìn)步，并被應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的眾多領(lǐng)域。尤其是全球定位系統(tǒng)（GPS），更是對我國的國防工業(yè)、航天工業(yè)等的發(fā)展起到了非常積極的促進(jìn)作用。而GPS技術(shù)中的差分技術(shù)也就是RTK技術(shù)，應(yīng)用范圍也非常廣泛。它使GPS技術(shù)的發(fā)展邁入了新的階段，并使很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從傳統(tǒng)向現(xiàn)代的轉(zhuǎn)化。

一、RTK檢測技術(shù)的內(nèi)涵

RTK檢測技術(shù)，全稱為GPS實(shí)時(shí)載波相位差分技術(shù)，也被稱為GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。RTK技術(shù)是一種將GPS技術(shù)與數(shù)字傳輸技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并通過實(shí)時(shí)解算完成數(shù)據(jù)處理，而且能在非常短的時(shí)間內(nèi)得到精確度非常高的位置信息的技術(shù)。RTK測量系統(tǒng)的成功研發(fā)，使得測量工作的可靠性和效率都得到了大大提高，從而促進(jìn)了GPS測量技術(shù)的普及和推廣。而且RTK技術(shù)在手機(jī)3G網(wǎng)絡(luò)信號無法覆蓋的小塊區(qū)域的優(yōu)勢更為明顯，一方面能夠以較快的速度獲得初始解，另一方面也能使作業(yè)效率得到提高。

二、RTK—GPS定位的基本原理

RTK—GPS測量系統(tǒng)是將測量技術(shù)與數(shù)字傳輸技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)，而RTK技術(shù)則是將載波相位觀測量作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)。RTK—GPS進(jìn)行定位的基本原理是：首先，在基準(zhǔn)站安裝1臺GPS接收機(jī)，使其對所有可見的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤和觀測；其次，通過無線電傳輸設(shè)備將觀測到的信息例如偽距、載波相位觀測值以及基準(zhǔn)站自身的基本信息例如坐標(biāo)、天線高度等實(shí)時(shí)發(fā)送于用戶觀測站，也就是流動(dòng)站。最后，流動(dòng)站上的GPS接收機(jī)對基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)信息以及GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號進(jìn)行接收，并按照相對定位的原理，對用戶站的三維坐標(biāo)、精度等進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示。

三、對RTK檢測結(jié)果產(chǎn)生影響的因素650

能夠?qū)TK檢測精度產(chǎn)生影響的因素是多種多樣的，具體來說主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（一）GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)本身的一些因素會(huì)造成檢測結(jié)果不夠精確現(xiàn)象的發(fā)生。例如GPS衛(wèi)星的數(shù)量、衛(wèi)星圖形以及大氣狀況等等。GPS衛(wèi)星數(shù)量方面，在進(jìn)行模糊值的解算時(shí)，衛(wèi)星的數(shù)量不能少于5顆。而且數(shù)量越多，計(jì)算速度就越快，所得到的結(jié)果也更精確。模糊值求出之后，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站還需要不少于4顆的數(shù)量來進(jìn)行流動(dòng)站坐標(biāo)的計(jì)算；在衛(wèi)星圖形方面，可用衛(wèi)星的數(shù)量越多，圖形的質(zhì)量就越好。而且當(dāng)衛(wèi)星均勻分布于整個(gè)天空時(shí)，圖形的質(zhì)量達(dá)到最佳。

（二）RTK系統(tǒng)。RTK系統(tǒng)對檢測結(jié)果精度的影響是顯而易見的。市場上有很多種RTK品牌，但其質(zhì)量良莠不齊，會(huì)對檢測結(jié)果造成影響。RTK系統(tǒng)中會(huì)對檢測精度及成果的可靠性產(chǎn)生影響的部件主要有數(shù)據(jù)鏈、天線類型以及處理軟件。以數(shù)據(jù)鏈為例，目前市場上大部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈都為自備的無線電數(shù)據(jù)鏈，但也有少數(shù)廠家使用的是GSM電話傳輸數(shù)據(jù)鏈。這兩種數(shù)據(jù)鏈各有優(yōu)缺點(diǎn)，而且在檢測過程中都會(huì)對精度產(chǎn)生影響。

（三）觀測環(huán)境。觀測環(huán)境能夠?qū)TK檢測結(jié)果產(chǎn)生重要影響。具體的影響觀測結(jié)果的環(huán)境因素主要包括地形、基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的障礙物、平面覆蓋、多徑誤差以及電波干擾等等。地形方面，如果地勢起伏較為明顯，會(huì)對無線電信號的傳播產(chǎn)生影響。因此最好將數(shù)據(jù)鏈發(fā)射臺設(shè)置于制高點(diǎn)上。在障礙物方面，主要障礙物包括地面建筑物、樹木、房屋等等。障礙物不僅會(huì)造成無線電信號中斷，使得流動(dòng)站的模糊值丟失，而且還能對無線電信號進(jìn)行反射。電波干擾方面，輸電線、電站、電臺、雷達(dá)站等都是能產(chǎn)生電波干擾的因素，這些因素會(huì)造成信號中斷甚至衛(wèi)星失鎖。

（四）觀測方案。觀測方案的科學(xué)與否能夠?qū)Y(jié)果產(chǎn)生直接影響。觀測方案的內(nèi)容主要包括選擇基準(zhǔn)站的位置、選擇坐標(biāo)系統(tǒng)、歷元數(shù)以及觀測次數(shù)等等。在進(jìn)行基準(zhǔn)站選擇時(shí)，要同時(shí)考慮周圍環(huán)境以及基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度。進(jìn)行獨(dú)立的重復(fù)測量也就是采用不同的模糊值，能夠?qū)φ麄€(gè)測量過程及結(jié)果進(jìn)行檢查，確保結(jié)果的精確度。此外，觀測者的水平和經(jīng)驗(yàn)也會(huì)對結(jié)果的精度產(chǎn)生影響。

四、雙基準(zhǔn)站RTK檢測精度實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

為了對RTK檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，文章在我國某市某區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了測量。本次試驗(yàn)在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置了43個(gè)I級點(diǎn)的GPS網(wǎng)，將其作為RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量定位試驗(yàn)網(wǎng)。觀測中使用的接收機(jī)為TOPCON HIPER GD雙頻RTK接收機(jī)，并設(shè)置一臺基準(zhǔn)站和一臺流動(dòng)站。試驗(yàn)方法為雙基準(zhǔn)站法。具體流程為基準(zhǔn)站在不同時(shí)間點(diǎn)上先后設(shè)置在兩個(gè)D級GPS控制點(diǎn)也就是已知點(diǎn)上，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)求解時(shí)也分兩次，采用均勻分布于被測區(qū)域的5個(gè)D級已知點(diǎn)。這5個(gè)已知點(diǎn)以及兩個(gè)基準(zhǔn)站都具有國家II等水平精度的高程數(shù)據(jù)。流動(dòng)站先后對43個(gè)待測點(diǎn)進(jìn)行RTK數(shù)據(jù)采集。且采集過程中坐標(biāo)結(jié)果都為10個(gè)歷元的平均值。將測量結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)RTK高程與IV等水準(zhǔn)高程之間的較差小于1cm的占總數(shù)的53%，小于2cm的占總數(shù)的82%，只有少數(shù)較差大于2cm。

五、結(jié)語

綜上所述，由于雙基準(zhǔn)站RTK檢測技術(shù)的平面精度與GPS靜態(tài)定位的精度差距并不是很大，高程精度能夠達(dá)到IV級水平。因此采用這一方式進(jìn)行測量，能夠有效提高測量精度，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且與GPS靜態(tài)定位技術(shù)相比，雙基準(zhǔn)站RTK檢測技術(shù)在數(shù)據(jù)的后續(xù)處理工作方面速度更快，作業(yè)的效率更高，因此更能得到專業(yè)人員的青睞。

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作者簡介：閆紅衛(wèi)，濟(jì)寧市任城區(qū)土地開發(fā)整理中心。