萬平平 葉廣林 付東海

摘要：GPS-RTK定位技術(shù)，因其直觀快捷、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、點(diǎn)位誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)在測繪生產(chǎn)中得到了普遍的使用。本文主要探討了GPS-RTK定位技術(shù)的測量精度及影響測量精度的幾大因素。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；測量精度；影響因素

一、GPS-RTK測量的原理及觀測方法

動(dòng)態(tài)GPS（RTK）測量是以基準(zhǔn)站為中心，其它流動(dòng)站（或稱為移動(dòng)站）相對(duì)基準(zhǔn)站的相對(duì)定位。GPS使用的是WGS-84坐標(biāo)系，而生產(chǎn)中往往使用的是國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系（以下簡稱測區(qū)坐標(biāo)系）。因?yàn)樽鴺?biāo)系的不同，必須先求其轉(zhuǎn)化參數(shù)，才能得到所需坐標(biāo)系的坐標(biāo)。測量時(shí)，基準(zhǔn)站的一系列數(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站和各流動(dòng)站同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測，觀測后基準(zhǔn)站及時(shí)把所觀測的信息及已知數(shù)據(jù)通過無線電波分別傳送至各流動(dòng)站，各流動(dòng)站在收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí)，迅速進(jìn)行基線解算、平差、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，最后顯示所測點(diǎn)的測區(qū)坐標(biāo)。應(yīng)用這一原理，GPS-RTK可以及時(shí)準(zhǔn)確的測得每一待測點(diǎn)的坐標(biāo)。

GPS-RTK測量首先要通過4個(gè)以上點(diǎn)的WGS2-84坐標(biāo)和測區(qū)坐標(biāo)系坐標(biāo)，計(jì)算本測區(qū)的各項(xiàng)轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換參數(shù)直接關(guān)系到測量成果的準(zhǔn)確性。因此，計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)。然后，選擇基準(zhǔn)站的架設(shè)位置，基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在測區(qū)中央周圍無遮擋物的已知點(diǎn)上，此時(shí)，即可啟動(dòng)基準(zhǔn)站開始測量。流動(dòng)站到達(dá)待測點(diǎn)后開機(jī)，等待接收機(jī)初始化，初始化完成后，即開始測量。接收機(jī)接收到所設(shè)定的歷元數(shù)后，這一點(diǎn)的測量過程即完成，顯示該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其它各點(diǎn)的測量重復(fù)進(jìn)行即可，直至所有點(diǎn)觀測完成。

二、GPS-RTK測量精度分析

GPS-RTK測量平面和高程精度統(tǒng)計(jì)：

（1）在某工程中GPS-RTK測量成果與已知點(diǎn)成果比較：（單位：m）見表1

（2）不同基站或不同時(shí)段重復(fù)測量成果比較表：

其中最大值為6.1cm，點(diǎn)位較差中誤差：M⊿=0.028/-0.028。

（3）通視點(diǎn)間坐標(biāo)反算邊長與全站儀實(shí)測邊長比較表：

其中最大值為5.4cm，邊長中誤差：Ms=0.018/-0.018。

（4）GPS-RTK測量高程與四等水準(zhǔn)高程較差表：

其中最大值5.8cm，高程較差中誤差：Mh=0.014/-0.014。

從以上各表可以得出：GPS-RTK測量成果與已知點(diǎn)的比較，點(diǎn)位中誤差為0.028/-0.028，重復(fù)測量較差全部在7.25cm內(nèi)，較差中誤差為2.4cm/-2.4cm，故GPS-RTK測量成果能夠達(dá)到最弱點(diǎn)位誤差土5cm/-5cm的精度要求；反算邊長與全站儀實(shí)測邊長90%在2cm之內(nèi)，邊長中誤差為1.8cm/-1.8cm；GPS-RTK測量高程與四等水準(zhǔn)高程較差中誤差為1.4cm/-1.4cm。

三、影響GPS-RTK測量的精度的因素

1轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響

計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)所選擇的點(diǎn)要均勻分布于測區(qū)四周，并且要多選擇幾組進(jìn)行計(jì)算分析，避免出現(xiàn)粗差和錯(cuò)誤合理選擇控制網(wǎng)中已知的WGS-84和北京54坐標(biāo)（或地方獨(dú)立坐標(biāo)）以及高程的公共點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，為RTK測量作好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)注意以下幾個(gè)問題。

（1）要選測區(qū)四周及中心的控制點(diǎn)，均勻分布。為提高轉(zhuǎn)化精度，最好選3個(gè)以上的公共點(diǎn)，利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（2）在GPS-RTK作業(yè)前，一般情況下已布好本區(qū)GPS基礎(chǔ)控制，根據(jù)內(nèi)業(yè)計(jì)算得到各個(gè)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，在內(nèi)業(yè)計(jì)算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，直接將參數(shù)輸人RTK控制手簿，這種方法算得的參數(shù)較準(zhǔn)確。

（3）在有國家控制點(diǎn)高斯坐標(biāo)無GPS控制資料的情況下，可以利用流動(dòng)站在控制點(diǎn)現(xiàn)場逐點(diǎn)進(jìn)行WGS-84定位測量，觀測時(shí)間不少于5min，當(dāng)不少于三點(diǎn)測量完成后，即可利用控制手簿解算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)。2、測量作業(yè)的控制區(qū)域的影響

測量作業(yè)范圍受轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的約束，一般應(yīng)在轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的控制圓區(qū)域內(nèi)作業(yè)，否則測量精度就大受影響。

3、衛(wèi)星信號(hào)的影響

GPS是通過衛(wèi)星來定位的，衛(wèi)星信號(hào)的接收是GPS定位的基礎(chǔ)。由于衛(wèi)星分布隨時(shí)間變化而變化，不同時(shí)段衛(wèi)星數(shù)量和位置都不同。在衛(wèi)星數(shù)量較多和位置圖形較佳時(shí)，天線接收信號(hào)較好，初始化時(shí)間就短，精度較高；反之，即使天空中有足夠的衛(wèi)星，但由于基準(zhǔn)站和流動(dòng)站沒能同時(shí)接收到足夠的衛(wèi)星信號(hào)，使初始化時(shí)間很長，測量精度很差，甚至不能解算出固定解。同時(shí)，由于基準(zhǔn)站或流動(dòng)站選擇位置不當(dāng)，會(huì)使部分衛(wèi)星信號(hào)被高樓等建筑物阻擋，出現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)量不足；或衛(wèi)星信號(hào)被周圍物體反射再接收而產(chǎn)生“多路徑效應(yīng)”，使測量出現(xiàn)錯(cuò)誤。

4、GPS-RTK主要儀器設(shè)備的影響

（1）基準(zhǔn)站的影響

基準(zhǔn)站設(shè)置不在測區(qū)中央，周圍有干擾衛(wèi)星信號(hào)和無線電波發(fā)射的物體存在等，這些將直接影響觀測成果的精度。

①設(shè)站時(shí)要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)。一般為8顆，如果太多，則影響作業(yè)距離；太少，則影響RTK初始化和PDOP值。

②如果不使用七參數(shù)，則在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要使WGS-84坐標(biāo)系處于關(guān)閉狀態(tài)；如果使用七參數(shù)，則△X、△Y、△Z絕對(duì)值都小于100m較好，否則重新評(píng)估檢查起算點(diǎn)。

③為避免多次手工輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)產(chǎn)生的錯(cuò)誤，基準(zhǔn)站坐標(biāo)要在室內(nèi)盡量上傳到內(nèi)存卡，野外設(shè)站時(shí)直接從內(nèi)存卡中調(diào)出坐標(biāo)即可，遠(yuǎn)離高壓線。

（2）RTK流動(dòng)站方式影響

流動(dòng)站一般有對(duì)中桿和三腳架兩種方式。使用對(duì)中桿方便，但天線不固定，精度起伏大；使用三腳架稍繁瑣，但精度穩(wěn)定。

（3）電源的影響

如果電量不足，不但影響衛(wèi)星信號(hào)和無線電數(shù)據(jù)的接收，產(chǎn)生不可靠的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，甚至可能無法開展RTK測量。當(dāng)對(duì)某個(gè)量進(jìn)行重復(fù)觀測時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)。這些測量值之間往往存在一些差異。

四、提高RTK作業(yè)精度的方法及應(yīng)用

（1）正確設(shè)置測量系統(tǒng)參數(shù)

RTK作業(yè)前，依據(jù)本測區(qū)控制資料的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，包括橢球參數(shù)、中央子午線和投影高。對(duì)采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)的測區(qū)來說，采用單點(diǎn)校正模式并設(shè)置投影高，其定位精度可以達(dá)到5cm以內(nèi)，能滿足大部分測繪工作的精度需求。

（2）選擇理想地架設(shè)基準(zhǔn)站

基準(zhǔn)站應(yīng)選擇在視野開闊、仰角15度范圍內(nèi)沒有阻擋衛(wèi)星信號(hào)的障礙物、應(yīng)避免鄰近有大面積的平靜水域、周圍無大功率電塔及通信設(shè)備的測區(qū)相對(duì)高處?；鶞?zhǔn)站應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中整平，儀器高采用鋼卷尺在儀器的三個(gè)方向上量取三次取平均值后使用；且發(fā)射天線與GPS接收機(jī)天線不應(yīng)相距太近，最好在3米以上。

①盡量選擇再開闊的地方設(shè)站，凈空狀況良好。截止高度角應(yīng)超過15度；盡量避開信號(hào)反射物（大面積水域、大型建筑物，強(qiáng)反射路面等），以減少多路徑效應(yīng)的十?dāng)_。要遠(yuǎn)離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200m外，要遠(yuǎn)離高壓輸電線路、通信線路50m外。

②電臺(tái)天線要盡量高。如果距離較遠(yuǎn)，要使用增高天線。電源電量要充足，否則會(huì)影響作業(yè)距離。

（3）合理利用移動(dòng)站不同的解算精度

確保移動(dòng)站標(biāo)桿立直是提高定位精度的重要途徑，對(duì)于圖根點(diǎn)測量應(yīng)架設(shè)腳架以提高測量精度。同時(shí)移動(dòng)站解算的不同狀態(tài)體現(xiàn)了不同的精度范圍，合理使用可達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]安德欣，高啟貴，謝世杰.GPS精密定位及其誤差源[J].地礦測繪，2000.

[2]安永強(qiáng).援砸栽運(yùn)技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].城市勘測，2004.

[2]史子?xùn)|，姚興雙.RTK技術(shù)在石油物探測量應(yīng)用中的幾個(gè)技術(shù)問題分析[J].測繪學(xué)報(bào)，2002.