GNSS-RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的精度分析

■周紅亮

（云南圣周偉業(yè)空間科技有限公司云南昆明650000）

GNSS-RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的精度分析

■周紅亮

（云南圣周偉業(yè)空間科技有限公司云南昆明650000）

GNSS技術(shù)憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在人類生產(chǎn)與生活中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，技術(shù)的完成度不斷提升，作為GNSS技術(shù)的重要組成部分--以GNSS網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的RTK技術(shù)，隨著發(fā)展程度日益深化，其在人類測(cè)繪活動(dòng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。對(duì)GNSS-RTK技術(shù)精度進(jìn)行科學(xué)分析，將有助于進(jìn)一步提升GNSS-RTK在地理測(cè)繪中作用，實(shí)現(xiàn)測(cè)繪勘察活動(dòng)的科學(xué)性與高效性。本文充分結(jié)合現(xiàn)階段GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量情況，以測(cè)量精度的影響因素為出發(fā)點(diǎn)，全面分析了GNSS-RTK技術(shù)的精度控制措施。

GNSS-RTK 精度分析 測(cè)量控制 方法途徑

GNSS即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System）的英文簡(jiǎn)稱，涵蓋了世界范圍所有的衛(wèi)星導(dǎo)航體系，美國(guó)的GNSS-RTK技術(shù)、歐洲的伽利略技術(shù)以及我國(guó)自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航體系都是以全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)為基礎(chǔ)。為了滿足生產(chǎn)生活的客觀需要，GNSS從誕生的第一天開(kāi)始就是一個(gè)復(fù)合的系統(tǒng)工程，是涵蓋多個(gè)技術(shù)體系與技術(shù)接入端口的綜合星座體系。GNSS-RTK技術(shù)作為GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的新階段，隨著信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新，生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，GNSS-RTK技術(shù)的應(yīng)用條件日益成熟，逐漸被大量應(yīng)用于社會(huì)生活的各方各面，成為促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)、改善人類生活的重要工具。

1　GNSS-RTK技術(shù)概述

1.1GNSS-RTK的技術(shù)原理

RTK即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法的英文縮寫(xiě)。作為一種分析方法，RTK以測(cè)量數(shù)值的動(dòng)態(tài)變化為基礎(chǔ)，借助于多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)地理位置的準(zhǔn)確定位與科學(xué)分析。能夠根據(jù)測(cè)繪點(diǎn)提供的數(shù)據(jù)及時(shí)提供各地三維坐標(biāo)，并將測(cè)量誤差控制在cm級(jí)別，最大限度的保證測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。RTK技術(shù)體系下，地理測(cè)繪點(diǎn)將測(cè)繪信息以數(shù)據(jù)的形式，將大量的地理數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)置的數(shù)據(jù)傳輸體系進(jìn)行測(cè)繪數(shù)據(jù)的快速傳輸，接收站則通過(guò)一定的邏輯算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)與相關(guān)的地理信息，接收站不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)的迅速收集與高效匯總，還能在相關(guān)地理導(dǎo)航定位原理的幫助下，實(shí)現(xiàn)地理三維坐標(biāo)的確認(rèn)與實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)RTK技術(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算能夠?qū)⒌乩頊y(cè)繪站與接收站的定位信息進(jìn)行對(duì)比，從而能夠在一定程度上保證地理測(cè)繪站與接收站工作的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)地理測(cè)繪信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與有效運(yùn)算（流程如圖1所示）。RTK作為GNSS技術(shù)發(fā)展的全新階段，將地理測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)收集、傳輸、處理技術(shù)高效的結(jié)合起來(lái)，將GNSS技術(shù)發(fā)展了一個(gè)全新的高度，極好的滿足了地理測(cè)量對(duì)于測(cè)量參數(shù)與地理坐標(biāo)的準(zhǔn)確性。

圖1　基于GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK定位流程圖

1.2GNSS-RTK技術(shù)的測(cè)量精度

GNSS-RTK測(cè)量體系由GNSS數(shù)據(jù)接收裝置、信息傳輸裝置以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成，測(cè)量硬件與軟件體系之間的有效配合，極大程度上提升了地理信息測(cè)量的準(zhǔn)確性，保證了測(cè)量精度。從實(shí)際情況來(lái)看，GNSS-RTK技術(shù)下能夠?qū)⒌乩頊y(cè)量平面準(zhǔn)確度控制在10nm+2×10-6D的范圍之內(nèi)，高度精度在20nm+2×10-6D的范圍之內(nèi)，很好的保證了地理測(cè)量的準(zhǔn)確性，極大的滿足了實(shí)際的生產(chǎn)與生活的需要[1]。在GNSS-RTK技術(shù)下，接受裝置所產(chǎn)生的誤差可以借助于相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算：，δ作為標(biāo)準(zhǔn)誤差，其單位為nm，a為固定誤差，單位為nm，b為誤差系數(shù)而d則為實(shí)際距離，在GNSS-RTK技術(shù)下，d（誤差實(shí)際距離）被大大降低，從而使得標(biāo)準(zhǔn)誤差縮小，最大限度的保證測(cè)量的結(jié)果接近地理實(shí)際。

1.3GNSS—RTK技術(shù)測(cè)量要求

在進(jìn)行RTK技術(shù)測(cè)量之前，首先應(yīng)當(dāng)收集目標(biāo)工程區(qū)域的高等級(jí)控制點(diǎn)的地心坐標(biāo)、參心坐標(biāo)、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)及高程成果等信息，以此進(jìn)行完整的測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)。RTK流動(dòng)站點(diǎn)與基準(zhǔn)站的作業(yè)距離不宜過(guò)遠(yuǎn)，在半徑10KM的范圍之內(nèi)效果最佳。依據(jù)測(cè)量區(qū)域的具體情況，可以不同高度的發(fā)射天線，架設(shè)一定數(shù)量的中繼站以延長(zhǎng)信息的傳播距離。

2　GNSS-RTK技術(shù)的工程測(cè)量誤差

2.1GNSS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)誤差

受衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘等因素的影響，GNSS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身存在一定的誤差，對(duì)RTK技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)由一定的影響。

2.2技術(shù)信息轉(zhuǎn)換誤差

GNSS—RTK測(cè)量需要事先準(zhǔn)備充分的數(shù)據(jù)信息，受人為因素的影響，在求解WGS—84到測(cè)量區(qū)坐標(biāo)系之間的準(zhǔn)換參數(shù)時(shí)，期間待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息存在一定的轉(zhuǎn)換誤差，控制點(diǎn)的選取對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換影響是較為明顯的。此外，整周模糊度及動(dòng)態(tài)基線的解算對(duì)RTK的測(cè)量精度都有重要影響，其結(jié)算方法是直接應(yīng)用于RTK軟件系統(tǒng)，儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)者的操作嚴(yán)謹(jǐn)與否直接數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高低[3]。

2.3地域環(huán)境誤差

GNSS—RTK進(jìn)行工程測(cè)量需要良好的無(wú)線傳播信號(hào)，電離層、對(duì)流層的折射誤差，電磁干擾都會(huì)影響信號(hào)的傳輸性能，尤其是在衛(wèi)星信號(hào)不佳的山區(qū)，測(cè)量精度會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。通過(guò)研究人員在甘肅部分地區(qū)實(shí)地考察總結(jié)，地域環(huán)境對(duì)信號(hào)的傳輸具有明顯的影響，相關(guān)數(shù)據(jù)如圖2所示。

序號(hào) 　項(xiàng)目名稱 　精度分類 　觀測(cè)點(diǎn)數(shù)目 　超限點(diǎn)數(shù) 　超限比例/% 1 　西和縣 　平面精度 　2560 　11 　0.42地形測(cè)量 　高程精度 　2560 　9 　0.35 2 　宕昌縣 　平面精度 　1047 　4 　0.38地形測(cè)量 　高程精度 　1047 　6 　0.57 3 　天水 　平面精度 　2420 　5 　0.21地形測(cè)量 　高程精度 　2420 　8 　0.33

3　GNSS-RTK技術(shù)工程測(cè)量質(zhì)量控制

3.1遵循科學(xué)、使用原則

控制GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度應(yīng)用目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要充分體現(xiàn)科學(xué)性的原則，只有在科學(xué)精神、科學(xué)手段、科學(xué)理念的指導(dǎo)下，我們才能夠以現(xiàn)有的技術(shù)條件為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)控制GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度的科學(xué)高效應(yīng)用。地理信息測(cè)量工作作為人類利用自然，改造自然的第一步，相關(guān)信息的采集與應(yīng)用必將經(jīng)歷一個(gè)無(wú)到有，從小到大的過(guò)程。而這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)就需要市政相關(guān)部門雄厚資金與技術(shù)的支持，從實(shí)際來(lái)看，資金的穩(wěn)定供應(yīng)與否與技術(shù)的先進(jìn)程度能夠直接影響到GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度在地理測(cè)量工作中的表現(xiàn)，而控制GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度在地理信息測(cè)量各種資金與技術(shù)投入的之中，占有著較高的比例。因而控制GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度必須要遵循實(shí)用性的原則，最大限度的降低地理信息測(cè)量過(guò)程中GNSS-RTK技術(shù)測(cè)量精度的資金與技術(shù)成本，從而能夠?qū)⒏嗟馁Y金利用與其他方面，有效提升整個(gè)土地管理品質(zhì)，保證我國(guó)土地資源的科學(xué)高效應(yīng)用，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康快速發(fā)展[2]。

3.2合理求解轉(zhuǎn)換參數(shù)

轉(zhuǎn)換參數(shù)對(duì)RTK技術(shù)測(cè)量影響重大，在測(cè)量作業(yè)中應(yīng)當(dāng)盡可能采用高等級(jí)的控制作為轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)，通常情況下，平面控制點(diǎn)至少需要3個(gè)，高程控制點(diǎn)至少需要4個(gè)，控制點(diǎn)盡量均勻分布且覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域。參數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)保持相互位置關(guān)系精確的WGS—84坐標(biāo)與目標(biāo)坐標(biāo)系坐標(biāo)成果，保障轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3RTK測(cè)量流程要嚴(yán)格規(guī)范

RTK技術(shù)作業(yè)應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的技術(shù)文件，如《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（CH/T2009-2010）、《工程測(cè)量規(guī)范》（GB50026），相關(guān)要求如圖3、圖4所示。

3.4及時(shí)復(fù)核測(cè)量結(jié)果

及時(shí)、有效的復(fù)核是保證RTK技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要措施，應(yīng)當(dāng)從作業(yè)前、作業(yè)中、作業(yè)后三個(gè)維度進(jìn)行及時(shí)的數(shù)據(jù)復(fù)核。作業(yè)前，在已知控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)坐標(biāo)信息與已知坐標(biāo)信息相符后再進(jìn)行RTK技術(shù)測(cè)量；作業(yè)中的復(fù)核主要是指在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)多次觀測(cè)或者在不同的控制點(diǎn)觀測(cè)部分重合點(diǎn)位信息；作業(yè)后復(fù)核要求及時(shí)將RTK測(cè)量數(shù)據(jù)與已知的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)，剔除有誤的信息，提升測(cè)量數(shù)據(jù)的精度[1]。

3.5注重設(shè)備儀器的檢修

GNSS—RTK接收機(jī)應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)要求及時(shí)進(jìn)行專業(yè)的檢測(cè)，嚴(yán)謹(jǐn)超標(biāo)使用接收機(jī)。對(duì)接收機(jī)的硬件、軟件設(shè)備及時(shí)保養(yǎng)，尤其是長(zhǎng)時(shí)間不用的設(shè)備，使用之前一定要做好設(shè)備的檢測(cè)。

圖3　GNSS—RTK平面控制測(cè)量精度要求

圖4　GNSS—RTK高程測(cè)量精度要求

4　結(jié)語(yǔ)

GNSS—RTK技術(shù)較之傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，精度更高、數(shù)據(jù)更全、更加省時(shí)省力，在現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)測(cè)量誤差的分析，有助于實(shí)際作業(yè)中更加行之有效的避免失誤，進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)的測(cè)量工作，促進(jìn)工程更加科學(xué)的開(kāi)展。

[1]高小六.GNSS-RTK在控制測(cè)量應(yīng)用中的精度分析 [J].赤子：上中旬，2014 （12）.

[2]?；⒘?GNSS-RTK測(cè)量精度分析與質(zhì)量控制 [J].甘肅科技2014（10）.

[3]劉子上，周小猛.GNSS-RTK技術(shù)在礦區(qū)控制測(cè)量中的應(yīng)用 [J].科學(xué)與財(cái)富2014 （4）.

P258[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-328-2