GPS-RTK多點校正模式精度探究

李念尚

摘要：本文介紹了RTK（Real-Time-Kinematic）定位技術(shù)的原理及其系統(tǒng)構(gòu)成，并根據(jù)構(gòu)成其系統(tǒng)分析其誤差的來源及降低誤差影響應(yīng)采取的相關(guān)措施。GPS-RTK常用的校正方法有單點校正、多點校正以及參數(shù)校正，本文重點是通過分析GPSRTK在多點校正模式下不同因素對其觀測精度的影響，從而為實際測量任務(wù)提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；多點校正；影響因素；測量精度

1、引言：近年來，GPS- RTK技術(shù)憑借其高效率、實時性強、定位誤差不累積等特點，被廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn)中。雖然該技術(shù)非常的方便快捷，但因外界各種干擾因素及儀器設(shè)備誤差的影響，其在定位精度上存在一定的差距。本文主要是過研究分析GPS- RTK在采用多點校正模式時，不同的天氣、點間距及分布、基準(zhǔn)站架設(shè)位置、周邊環(huán)境等不同因素下對其觀測精度的影響，從而為實際測量任務(wù)提供參考。

2、RTK（Real- Time- Kinematic）定位技術(shù)的原理

RTK（Real- Time- Kinematic）定位技術(shù)是以載波相位觀測量為依據(jù)的實時差分測量技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供觀測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并且能夠達到厘米級精度。實時動態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機，對所有可見的GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實時的發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時的計算并顯示用戶站的3維坐標(biāo)及其精度。由于它具有不受地形影響，綜合測繪能力強，作業(yè)集成化程度及自動化程度高等特點，在現(xiàn)代測量行業(yè)中已相當(dāng)普及，正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量技。

3、RTK測量系統(tǒng)的構(gòu)成

RTK測量系統(tǒng)主要包括三個部分：

（1）GPS接收設(shè)備。RTK測量系統(tǒng)中，至少包含兩臺接收機，分別安置在基準(zhǔn)站和用戶站上。作業(yè)期間，基準(zhǔn)站的接收機應(yīng)連續(xù)的跟蹤全部可見GPS衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實時地發(fā)送給用戶站。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準(zhǔn)站的發(fā)射臺與用戶站的接收臺組成，它是實現(xiàn)動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，要充分保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，其頻率和功率的選擇主要決定于用戶站與基準(zhǔn)站間的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。

（3）支持實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)。實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)應(yīng)該具有快速解算，或動態(tài)快速解算整周未知數(shù)；根據(jù)相對定位原理，采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法實時解算用戶站在WGS- 84中的三維坐標(biāo)；根據(jù)已知轉(zhuǎn)換參數(shù)，進行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換；解算結(jié)果質(zhì)量的分析與評價；測量結(jié)果的顯示與繪圖等功能。

4、RTK測量誤差分析

根據(jù)誤差的性質(zhì)分類的話，可以分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。

系統(tǒng)性誤差主要包括衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射的誤差等。為了減弱和修正系統(tǒng)誤差對觀測結(jié)果的影響，一般根據(jù)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因采取不同的措施，其中包括：

（1）引入相應(yīng)的未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中聯(lián)同其他未知參數(shù)一并解算；

（2）建立系統(tǒng)誤差模型，對觀測量加以修正；

（3）將不同觀測站，對相同衛(wèi)星的同步觀測值求差，以減弱或消除系統(tǒng)誤差的影響。

偶然誤差，主要包括信號的多路徑效應(yīng)引起的誤差和觀測誤差。

目前減弱多路徑影響的主要措施有：

（1）安置接收機天線的環(huán)境，應(yīng)避開較強的反射面，如水面，平坦光滑的地面和平整的建筑物表面等

（2）選擇造型適宜且屏蔽良好的天線，如采用扼流圈天線等

（3）適當(dāng)延長觀測時間，削弱多路徑效應(yīng)的周期性影響（4）改善GPS接收機的電路設(shè)計，以減弱多路徑效應(yīng)的影響

5、RTK多點校正測量實施

RTK測量校正模式主要有單點校正、多點校正以及參數(shù)校正。本文主要是以徠卡GS15型號GPS在進行RTK測量，使用多點校正模式時，分析不同因素對其觀測精度的影響，從而采取相關(guān)措施來滿足不同精度的測量需求。

使用徠卡GS15進行GPS- RTK測量時，首先要架設(shè)基站，使用測量控制手薄，進行儀器基站連接，基站可以架設(shè)在已知點上也可以在任意點進行架設(shè)。基站連接完成后，打開流動站，再進行流動站的儀器連接，當(dāng)儀器連接完成，并獲得固定解后，開始對儀器進行多點校正。此時，應(yīng)新建工程文件選擇正確的坐標(biāo)系，填好正確的當(dāng)?shù)毓ぷ鞯攸c的中央子午線，然后點擊確定工程建立完畢。 再做轉(zhuǎn)換參數(shù)，在移動站固定解的狀態(tài)下采集多個控制點坐標(biāo)，然后點”配置”里面的求轉(zhuǎn)換參數(shù)，把控制點的已知坐標(biāo)輸入和剛剛采集的點的坐標(biāo)一一對應(yīng)輸入手簿里面，在精度都可以的情況下，點擊計算——保存，找一個控制點檢驗一下沒有問題即可開始工作。

實驗中，通過在不同天氣條件下進行觀測、變換基站架設(shè)位置及環(huán)境、選用不同的控制點（變換控制點個數(shù)、控制點分布情況、控制點點位精度等級、控制點間距、控制點距基準(zhǔn)站間距等因素）進行多點匹配，獲取了大量的觀測數(shù)據(jù)，并通過與已知點位進行對比分得到了一些初步結(jié)論。

結(jié)論：GPS- RTK測量進行多點校正時，要選擇天氣晴朗，無云層遮擋時衛(wèi)星信號較好；架設(shè)基準(zhǔn)站時，要架設(shè)在測區(qū)內(nèi)地勢較高，視野開闊，最好是點位已知的控制點上，并能均勻控制測區(qū)范圍；參予計算的控制點原則上至少要用兩個或兩個以上的點，且用于匹配校正的控制點應(yīng)選擇等級的較高，均勻分布在控制范圍，距離基準(zhǔn)點不要大于5km。綜上，應(yīng)根據(jù)測區(qū)內(nèi)已有控制點的情況結(jié)合測量任務(wù)精度要求，合理選擇基準(zhǔn)站及使用的校正點的位置，來完成測量任務(wù)。