郭術(shù)輝

摘 要：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）技術(shù)是GPS測量技術(shù)的一個(gè)重要突破。分析了影響RTK測量精度的誤差因素，并針對(duì)這些因素，結(jié)合實(shí)例，提出了應(yīng)對(duì)措施，為RTK技術(shù)的擴(kuò)展提供了參考。

關(guān)鍵詞：RTK；精度；誤差；措施

引言

近年來，GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程測量和控制測量等領(lǐng)域，例如橋梁或建筑的形變監(jiān)測、沉降監(jiān)測等方面的高精度測量。但是隨著工程技術(shù)的快速發(fā)展，工程測量領(lǐng)域也愈加復(fù)雜，常規(guī)的GPS靜態(tài)測量難以滿足當(dāng)前的需求，如施工放樣測量、地形及地籍變更測量等都對(duì)GPS的實(shí)時(shí)測量提出了更高的要求。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量技術(shù)（RTK）將GPS技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)結(jié)合，利用載波相位觀測實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)差分定位，可以實(shí)時(shí)提供測站點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)。該技術(shù)設(shè)置有基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)，對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動(dòng)站GPS接收機(jī)。同時(shí)，移動(dòng)站上的GPS接收機(jī)還會(huì)接收到GPS衛(wèi)星的載波相位數(shù)據(jù)。這兩組數(shù)據(jù)間存在相位差分，通過相對(duì)定位原理進(jìn)而計(jì)算出移動(dòng)站的實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)。對(duì)于高質(zhì)量的RTK一次可以完成直徑10km的測量區(qū)域，作業(yè)效率非常高，并其定位精度較高，可達(dá)厘米級(jí)。但是，RTK在實(shí)際測量時(shí)，電離層等會(huì)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)造成干擾，導(dǎo)致RTK測量初始化時(shí)間長，甚至不能初始化，限制了RTK測量精度。另外，在野外作業(yè)中，外界高大建筑、高頻信號(hào)等都會(huì)干擾數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，造成信號(hào)衰減，嚴(yán)重影響RTK的測量精度和區(qū)域范圍。

1 RTK測量精度的影響因素

影響RTK測量精度的因素主要可以分為以下兩個(gè)方面，即與測站和測量條件有關(guān)的測量誤差，以及數(shù)據(jù)處理誤差。

1.1 測量誤差

由于GPS衛(wèi)星的空間組成和信號(hào)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的限制，在地球中、低緯度地區(qū)每天會(huì)出現(xiàn)30min左右的盲區(qū)，這會(huì)給RTK測量帶來一定的衛(wèi)星鐘誤差。此外，對(duì)于接收機(jī)設(shè)備，內(nèi)部噪聲干擾、天線相位中心變化、通道延遲、接收機(jī)鐘差和位置誤差、多路徑效應(yīng)等都會(huì)顯著影響RTK的測量精度。

在RTK實(shí)際測量中，測站和移動(dòng)站周圍測量環(huán)境、氣象因素（電離層和對(duì)流層）以及移動(dòng)站與基準(zhǔn)站的間距等測量條件因素都對(duì)RTK測量精度造成不同程度的影響。例如，當(dāng)GPS接收機(jī)天線周圍存在高大建筑物或大面積水域時(shí)，會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生高強(qiáng)度的反射，反射的電磁波與衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)發(fā)生疊加，當(dāng)被接收機(jī)接收時(shí)會(huì)造成多路徑定位誤差，其誤差達(dá)1-5cm，甚至10cm以上，這將對(duì)RTK測量精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在RTK測量中，基準(zhǔn)站通常采用頻率410-420MHz、波長72cm的差分信號(hào)將觀測數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)站，這種電磁波信號(hào)的最大傳輸距離收到接收天線高度、地球曲率半徑及大氣折射等因素的影響。在平原等開闊區(qū)域，RTK定位精度較高，而在城市、山區(qū)和森林等地區(qū)，信號(hào)遮擋和屏蔽嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減和失鎖，從而造成接收站不能連續(xù)可靠的接收來自基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，降低了RTK測量精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)無法進(jìn)行RTK測量。對(duì)于電離層，其在白天干擾較大，使得可共用的GPS衛(wèi)星較少，導(dǎo)致RTK初始化時(shí)間延長，不過其影響一般小于5×10-6D，通過差分技術(shù)可以大部分消除。此外，移動(dòng)站與基準(zhǔn)站的間距也會(huì)造成一定的軌道誤差，誤差一般達(dá)幾米，并且隨二者間距的增大而增加。

1.2 數(shù)據(jù)處理誤差

最常見的數(shù)據(jù)處理誤差包括：坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換誤差、數(shù)學(xué)模型誤差、模糊度解算誤差、差分信號(hào)調(diào)制解調(diào)誤差等。其中，以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差和整周模糊值（即初始化）誤差的影響較為突出。

對(duì)于整周模糊值，其主要是受到電離層強(qiáng)度的影響，這會(huì)影響GPS衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的時(shí)間，并且基線越大，影響程度越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成信號(hào)失鎖，從而大大延長確定整周模糊值的觀測時(shí)間。對(duì)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，其影響因素主要有控制點(diǎn)的點(diǎn)位誤差、RTK點(diǎn)與控制點(diǎn)構(gòu)成區(qū)域的相對(duì)位置以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算模型這幾個(gè)方面。以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算模型為例，有研究分別采用布爾沙模型和簡化布爾沙模型進(jìn)行七參數(shù)計(jì)算和四參數(shù)計(jì)算，用來分析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差對(duì)某平原地區(qū)RTK測量結(jié)果的影響。當(dāng)以YJ10、YJ08、YJ06和YJ05四個(gè)建模點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，進(jìn)行七參數(shù)計(jì)算，將區(qū)域外的HBYJ11和HBYJ22兩個(gè)點(diǎn)GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差mx=±0.012m；my=±0.010m；mh=±0.005m。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)區(qū)域外距離不大于3km時(shí)，七參數(shù)可以外推應(yīng)用，RTK高程誤差不大于5cm，并可滿足1∶2000比例尺圖根點(diǎn)的精度要求。而以YJ08和YJ06作為建模點(diǎn)，兩點(diǎn)構(gòu)成一條4km的線段，進(jìn)行四參數(shù)計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在YJ08、YJ06線段的延長方向0.7km，在YJ08、YJ06線段的兩側(cè)，最遠(yuǎn)點(diǎn)1.7km，RTK高程較差不大于5cm。以上分析說明，不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算模型用于RTK測量，其適用范圍會(huì)有所不同，需要根據(jù)實(shí)際測量情況適當(dāng)選擇，以保證其測量精度。

2 提高RKT測量精度的措施

對(duì)于影響RTK測量精度的各種誤差，可以采用各種校正方法或有效的改進(jìn)措施予以削弱，例如，采用求差法降低了載波相位測量改正后的的殘余誤差及接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響。對(duì)于與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換有關(guān)的數(shù)據(jù)處理誤差，應(yīng)合理設(shè)置已知控制點(diǎn)的精度和密度，一般視測區(qū)內(nèi)設(shè)置3-6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)即可，同時(shí)，還應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)對(duì)比選出殘差較小、精度較高的參數(shù)。

另外，GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)被基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過電離層、對(duì)流層等多方面的干擾，影響GPS的信號(hào)接收質(zhì)量，因此，非常有必要對(duì)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的安裝位置、間距等參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。具體的措施闡述如下：

首先，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站應(yīng)該遠(yuǎn)離微波站、尋呼臺(tái)發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺(tái)等強(qiáng)電磁干擾源，消除干擾差分信號(hào)正常發(fā)射的因素。其次，接收站周圍應(yīng)盡量避免出現(xiàn)大面積水域、大型建筑等面積較大的電磁波反射物，以消除多路徑誤差的影響。此外，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的天線應(yīng)盡量架設(shè)在較高的位置，以減少周圍高層建筑、高山等物體對(duì)傳輸信號(hào)的遮擋，消除信號(hào)衰減等因素的影響。同時(shí)，由于隨基準(zhǔn)站和移動(dòng)站間距的增大，RTK點(diǎn)位精度越不可靠，因此當(dāng)二者距離較遠(yuǎn)時(shí)，也應(yīng)盡可能的增加天線的高度，以提高電臺(tái)的傳輸距離。最后，在RTK測量時(shí)需要先進(jìn)行初始化，獲得固定的整周模糊度，才能進(jìn)行測量。由上面分析知道，白天電離層干擾大，可用GPS衛(wèi)星較少，可能造成初始化失敗，因此應(yīng)該避開中午時(shí)段進(jìn)行測量，同時(shí)為了保證接收機(jī)的可靠接收數(shù)據(jù)，每次施工間隙后再次作業(yè)，都需要重新開關(guān)機(jī)初始化，并自檢或互檢。

3 結(jié)束語

為了進(jìn)一步提高RTK測量的精度和可靠性，2010年起，GPS系統(tǒng)的在軌衛(wèi)星由24顆增加到30顆，另外GNSS多衛(wèi)星系統(tǒng)儀器近幾年開始使用，這種多衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用可在相當(dāng)程度上解決GPS的局限性。另外，在數(shù)據(jù)處理方面，需要針對(duì)多路徑、電離層、對(duì)流層等誤差因素建立新的補(bǔ)償和計(jì)算模型，以拓展RTK的應(yīng)用。

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