李成豐

【摘要】RTK技術(shù)作為一種先進的測量手段,極大地改變了傳統(tǒng)的測量模式,提高了鐵路定測作業(yè)效率,節(jié)約了大量的人力物力,為測量工作帶來了巨大變革。本文將對如何提高RTK在鐵路定測中的精度做相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】RTK 鐵路定測 精度

一、RTK測量及其精度研究概述

1.RTK測量

RTK(Real Time Kinematics)是一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果,并達到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下,基準站通過無線電數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅接收來自基準站的載波相位信息,還要接收來自于GPS衛(wèi)星的載波相位信息,并組成相位差分觀測值進行實時定位。載波相位差分GPS分為兩類:一類是基準站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標;另一類是將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶進行求差,解算坐標。前者為準RTK技術(shù),后者為真正的RTK技術(shù)。

為取得高精度的實時動態(tài)坐標,RTK儀器現(xiàn)在一般采用載波相位差分測量。進行載波相位差分測量的關(guān)鍵是要求取整周模糊度。

2.RTK測量精度

RTK作業(yè)也有其自身的局限性,例如其在測量過程中要求基準站與流動站共同觀測五顆以上GPS衛(wèi)星,因此容易受到測站周圍地形地物的影響,另外地物反射造成的多路徑效應也是影響RTK測量精度的一個重要因素。RTK基準站的差分數(shù)據(jù)是通過無線電臺發(fā)射的數(shù)據(jù)鏈傳送的,因此對無線電造成干擾的各種因素都會對RTK作業(yè)造成影響。由于這些因素的影響,降低了RTK的測量精度,目前測繪工作者對于這些影響因素的研究已經(jīng)進行得很深入,也提出了一些解決辦法。同時還對各種精度損失的原因進行了分析,建立了數(shù)學模型予以消除或減弱。但對測量作業(yè)方式造成的精度損失的討論卻很少。

RTK儀器的標稱精度都采用a+b×D的表示方式表述,其中a為固定誤差,一般以mm為單位;b為比例誤差,以ppm(即10-6)為單位。D為基準站到流動站之間的距離。由RTK儀器的精度標稱方式我們可以看出,利用RTK測量時得到的點位誤差隨流動站到基準站距離的增加而增大。從RTK在工程測量中的應用情況來看,使用RTK進行兩點校正后進行點位的測量與放樣是一種常見的作業(yè)方式,研究在這種作業(yè)方式中測量點位誤差變化情況以及如何估計RTK的測量精度對于實際工作具有指導意義。RTK測量得到的三維坐標中,高程為大地高,而我國使用正常高高程系統(tǒng)作為工程測量的依據(jù),因此測繪工作中并不使用大地高,造成了數(shù)據(jù)的浪費。為了能夠有效地利用大地高數(shù)據(jù),研究區(qū)域范圍內(nèi)大地高與水準高程的轉(zhuǎn)化問題具有實際意義。

二、RTK測量特性分析

GPS生產(chǎn)商在RTK出廠時都會標明其測量所能達到的精度水平,即以“a+b×D”的形式給出RTK儀器在測量過程中所能達到的精度水平。實際工作中,RTK流動站的測量結(jié)果往往不穩(wěn)定,以Trimble R8為例表現(xiàn)為在20mm范圍內(nèi)變化。若進行地形測量或dm級的定位測量中,可不考慮此影響,但若要提高測量精度進行mm級的定位時,則必須考慮RTK測量結(jié)果達到最優(yōu)所需的條件。

為研究RTK測量結(jié)果達到穩(wěn)定與時間的關(guān)系,對RTK測量的三維坐標隨時間的變化情況進行了實驗。首先,選取接收GPS衛(wèi)星信號好的開闊場地架設(shè)基準站。然后在其附近架設(shè)流動站,要保持由基準站與流動站之間電臺信號通訊良好,設(shè)置好采樣間隔,進行連續(xù)采樣。

綜合相關(guān)結(jié)論可以看出,RTK測量坐標具有明顯的偶然誤差特性。在增加測量時間后可以提高精度水平,采樣時間逐漸增加后觀測結(jié)果的平均值趨于穩(wěn)定。可以利用增加觀測時間并取均值的辦法來提高測量精度。

三、RTK平面測量精度分析

RTK測量提供實時坐標是其優(yōu)于其它測量方式的最主要方面。在利用RTK進行測量工作前首先要對其進行校正,校正的的主要方法有:參數(shù)法和工地校正法。參數(shù)法包括三參數(shù)法、四參數(shù)法、七參數(shù)法。工地校正是指在實地測量已知點的WGS-84坐標,將其與已知坐標進行校正;工地校正可選取用兩點校正、多點校正等多種形式。使用兩個已知點校正后進行測量或放樣是一種較為常見的作業(yè)方法。因此,對兩點校正的精度情況進行研究,對實際工作具有指導意義。

在線路測中,RTK的測量精度隨距離的遠近發(fā)生變化。在作業(yè)過程中,流動站相對于基準站的誤差“a+b×D”隨距離的增加而表現(xiàn)得并不明顯(每公里只增加1mm),但是點校正引入的定向誤差造成的點位誤差變化則非常明顯,設(shè)測量點位到基準站的距離為S1,用于流動站校正的已知點到基準站距離為S2,則由其定向引入的點位誤差與S2/S1相關(guān),即測量邊與校正邊比值越大,測量得到的點位誤差越大。因此在進行線路測量RTK作業(yè)時,一定要根據(jù)設(shè)計精度與已知點間的距離計算其可進行滿足精度要求的作業(yè)距離。

四、RTK測量影響因素分析

RTK測量誤差主要包括以下幾個方面。

1.同信號傳播有關(guān)的誤差。包括電離折射、對流層折射和多路徑效應誤差。

2.同接收機有關(guān)的誤差。接收機位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強度誤差等。

3.外界環(huán)境影響。如車輛影響、無線電信號通道影響等。

RTK進行作業(yè)時,基準站與流動站之間的距離一般為幾公里至十幾公里。在這樣的距離情況下,由衛(wèi)星至兩點觀測站電磁波傳播路徑上的大氣狀況甚為相似,因此基準站與流動站所受到的電離層誤差、對流層誤差影響均可通過差分得以消除。多路徑效應是RTK測量誤差的主要來源;其是由測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(反射波)進入接收機天線,對直接來自衛(wèi)星的信號(直接波)產(chǎn)生干涉,從而使觀測值偏離直值產(chǎn)生的。多路徑效應的大小可以由其產(chǎn)生的一般情況進行推導,得出多路徑效應對于L1載波其最大影響約為4.8cm,對于L2載波其最大影響為6.1cm。

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