左海玉，鄭艷光

(阜新市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，遼寧阜新123000)

一、引 言

隨著RTK測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，基準(zhǔn)站任意架設(shè)的方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。在以往的RTK測(cè)量技術(shù)中，由于基準(zhǔn)站需架設(shè)在已知點(diǎn)上，而實(shí)際工程測(cè)區(qū)范圍很大，不能擁有充足的已知點(diǎn)，即流動(dòng)站的位置與點(diǎn)校正的位置較遠(yuǎn)。所以給測(cè)量工作帶來了不便，降低了工作效率?；鶞?zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)打破了這一局限，保證了測(cè)量工作的高效率。然而，基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)的點(diǎn)校正方式是采用流動(dòng)站對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)測(cè)量結(jié)果與已知點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，完成校正步驟。那么，流動(dòng)站的對(duì)中誤差必然影響測(cè)量精度，已知點(diǎn)與基準(zhǔn)站的位置關(guān)系也會(huì)引進(jìn)定向誤差。本文就該技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行分析。為測(cè)量工作，對(duì)采用任意點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站技術(shù)提出了注意事項(xiàng)。

二、基準(zhǔn)站任意點(diǎn)架設(shè)的原理

所謂RTK技術(shù)就是載波相位差分技術(shù)，即基準(zhǔn)站把接收到的所有衛(wèi)星信息(包括偽距、載波相位觀測(cè)值)和基站的一些信息，通過無線電通信設(shè)備傳送到流動(dòng)站。在流動(dòng)站完成初始化后，將基站傳來的載波觀測(cè)信號(hào)和本身收到的載波觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行差分處理，實(shí)時(shí)求解出兩站的基線值，進(jìn)而由基站的坐標(biāo)求得流動(dòng)站的WGS-84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即可實(shí)時(shí)求得實(shí)用的坐標(biāo)并給出相應(yīng)的點(diǎn)位精度。

可見基準(zhǔn)站任意點(diǎn)架設(shè)的RTK技術(shù)，是基于流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的相對(duì)關(guān)系，通過基準(zhǔn)站的準(zhǔn)確坐標(biāo)，計(jì)算得到流動(dòng)站的正確位置。即，在已有或求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后，利用流動(dòng)站對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將測(cè)量結(jié)果與已知數(shù)據(jù)進(jìn)行差計(jì)算，反算得到基準(zhǔn)站正確位置。然后，將正確的基準(zhǔn)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)射給流動(dòng)站，再次進(jìn)行校正已知點(diǎn)。如此反復(fù)迭代，直到符合精度位置。一般只迭代一次[3]。

在已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)條件下的任意基站工作原理數(shù)學(xué)表達(dá)形式如下[3]：

已知點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù) A(x1，y1，h1);測(cè)量坐標(biāo)A'(x1'，y1'，h1');基準(zhǔn)站測(cè)量坐標(biāo) G(x2，y2，h2);校正后基準(zhǔn)站坐標(biāo) G'(x2'，y2'，h2')

則，反算得到的基準(zhǔn)站坐標(biāo) G'(x2'，y2'，h2')為

將反算得到的基準(zhǔn)站坐標(biāo)作為已知數(shù)據(jù)，再利用載波相位觀測(cè)方法，進(jìn)行常規(guī)的RTK測(cè)量。

三、測(cè)量精度分析

RTK測(cè)量誤差源與GNSS定位誤差源相同，可分為與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、信號(hào)傳播過程中的誤差和接收機(jī)有關(guān)的誤差。這里不再贅述，可參考相關(guān)文獻(xiàn)。眾所周知，RTK測(cè)量精度隨距離的增加而降低。一般RTK測(cè)量?jī)x器精度用“固定誤差+邊長(zhǎng)比例誤差”的形式表示[1]。即：標(biāo)稱精度a+b×D。

其中，a為固定誤差;b為邊長(zhǎng)比例誤差;D為流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間距離。

本次試驗(yàn)，采用華測(cè)X91型儀器。在RTK測(cè)量模式下得測(cè)量標(biāo)稱精度為

基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)的點(diǎn)校正方法是，待流動(dòng)站與基準(zhǔn)站初始化結(jié)束后，采用流動(dòng)站對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行點(diǎn)校正。在此方法下，基準(zhǔn)站不產(chǎn)生對(duì)中誤差。而流動(dòng)站進(jìn)行點(diǎn)校正時(shí)，既有對(duì)中誤差又有RTK隨距離而產(chǎn)生的誤差。假設(shè)流動(dòng)站對(duì)中誤差為m流，流動(dòng)站在已知點(diǎn)校正時(shí)的定位精度為m校，即m校=a+b×D，即在已知點(diǎn)上只測(cè)量一個(gè)WGS-84下的坐標(biāo)用于校正，則該點(diǎn)會(huì)引入a+b×D大小的誤差。則RTK定向誤差m定，為

由此可見，RTK兩點(diǎn)校正時(shí)引入的方位角誤差會(huì)隨距離的增加而減小。在作業(yè)過程中，點(diǎn)校正引入的定向誤差對(duì)測(cè)量點(diǎn)位誤差的影響非常明顯。假設(shè)校正點(diǎn)距離基準(zhǔn)站為S1，碎步點(diǎn)距離基準(zhǔn)站為由此可知，定向影響的誤差與相關(guān)，即測(cè)量邊與校正邊比值越大，測(cè)量結(jié)果誤差越大。因此，進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)精度要求，設(shè)計(jì)合理的測(cè)量方案。

四、試驗(yàn)分析

為研究定向誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。本次試驗(yàn)故意將定向誤差放大，即，將采用較短邊進(jìn)行點(diǎn)校正，將測(cè)量結(jié)果精度與估計(jì)精度進(jìn)行對(duì)比。在測(cè)區(qū)內(nèi)已知點(diǎn)相距一定距離內(nèi)，選擇觀測(cè)條件較好的位置架設(shè)基準(zhǔn)站。然后在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇5個(gè)已知點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行RTK測(cè)量，并計(jì)算出測(cè)量平均值與已知值得誤差，分析測(cè)量結(jié)果精度。定向點(diǎn)測(cè)量120個(gè)觀測(cè)歷元進(jìn)行校正，取對(duì)中誤差為5 mm。校正完成后，對(duì)選定的已知點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并以多歷元觀測(cè)值的平均值作為最終觀測(cè)值。

表1 采用較短邊定向后測(cè)量各點(diǎn)坐標(biāo)與邊長(zhǎng)的比例誤差m

計(jì)算基站與測(cè)量值、已知值得各自坐標(biāo)方位角，比較其差值，并計(jì)算各點(diǎn)測(cè)量結(jié)果由RTK校正引入的定向誤差。

表2 RTK校正引入的定向誤差 s

通過兩次不同坐標(biāo)數(shù)據(jù)推算的坐標(biāo)方位可以看出，RTK測(cè)量得到的圖形以基站為中心向東偏轉(zhuǎn)。由此可見，用短邊引入的定向誤差比較明顯。

表3 對(duì)RTK測(cè)量各點(diǎn)的估計(jì)誤差與實(shí)際測(cè)量誤差對(duì)比

由表2提供的數(shù)據(jù)可以看出，隨距離的增加點(diǎn)位估計(jì)誤差與實(shí)際點(diǎn)位差值成線性相關(guān)，并且趨于穩(wěn)定。因此，對(duì)于這個(gè)差值，可以看出它的大小隨距離增加而趨于常量，具有系統(tǒng)性。當(dāng)然，應(yīng)該考慮到環(huán)境因素造成的誤差。本次試驗(yàn)選擇的5個(gè)點(diǎn)位周圍無明顯遮擋，且觀測(cè)時(shí)段天氣晴朗、氣溫?zé)o劇烈變化。通過試驗(yàn)可知，用超短邊進(jìn)行校正，尺度比誤差也大。測(cè)量的相對(duì)精度不能滿足導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范的要求。

五、結(jié)束語

雖然儀器標(biāo)稱精度很高，但在實(shí)際測(cè)量中，由于操作、觀測(cè)環(huán)境等因素而造成精度的降低。特別是采用超短邊(100m以內(nèi))進(jìn)行校正尤為明顯。因此，為了保證測(cè)繪成果質(zhì)量，應(yīng)該避免超短邊校正。并且，用于校正的已知點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果直接影響到校正后的測(cè)量精度。為此，在進(jìn)行點(diǎn)校正時(shí)，必須保證已知點(diǎn)的觀測(cè)條件良好，必要時(shí)要采用腳架進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)中整平，可有效地減弱因?qū)χ姓`差而帶來的影響。在測(cè)量精度要求較高時(shí)，應(yīng)該考慮到測(cè)量邊與校正邊的比例關(guān)系，通過預(yù)算而控制測(cè)量范圍。

[1]李征航，黃勁松．GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2005：123-124．

[2]王峰，高飛．關(guān)于RTK基準(zhǔn)站任意假設(shè)技術(shù)的探討和分析[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2007，7(20)：5422-5425．

[3]趙成銘．GPSRTK任意基準(zhǔn)站方法在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J]．測(cè)繪與地理信息空間，2009(4)：161-162．

[4]王佩賢，張國卿．大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2007．

[5]武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組．誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2003．