不同校正方法对RTK测图精度的影响①

宋 珉，张 东，胡振彪

（1.青岛市崂山区计算机信息中心 山东 青岛266003；2.青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛266033）

0 引 言

近年来，RTK技术以其高效率、直观快捷、实时性强、点位误差不累积、操作简单等优点在测绘生产中得到了普遍的应用［1]。虽然，RTK测量非常的快捷和方便，但因定位受各种因素的干扰，其在测量精度上还有一定差距。

采用RTK测量数据与经典相对静态定位数据进行比较的方法，研究讨论RTK技术的实际作用范围和随距离增加时RTK的平面及高程测量精度以及不同校正方法对精度的影响问题，探讨在距基准站多大距离范围内RTK满足区域图根控制测量和碎部测量精度，使RTK测量技术更好地满足工程测量的要求。

1 GPS RTK技术

1.1 GPS RTK工作原理

实时动态载波相位差分技术（RTK），它是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统，是GPS测量技术发展中一个新的突破［2]。

RTK由GPS接收设备，数据传输系统，软件系统三部分组成。其工作原理是：将一台接收机置于基准站上；另一台或几台接收机置于移动站上，基准站和移动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的移动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后移动站较准确的实时位置［3]。

1.2 GPS RTK校正方法

RTK在进行数字测图时有三种校正方法：

1）基准站架设在已知点用单点校正；2）基准站架设在未知点用两点校正；3）基准站架设在未知点用三点校正。

单点校正时将基准站架设在已知点上进行校正；两点校正时将基准站架设在未知点，用两个已知坐标点进行校正；三点校正是将基准站架设在未知点，采用三个已知点进行校正。在校正时，涉及到三参、四参、和七参数改正［4]。当用单点校正时，改正的是ΔΧ、ΔY和高程参数，当用两点校正时，是线性改正，启用四参数，包括：X平移、Y平移、旋转角和比例，是同一个椭球内不同坐标系间进行转换的参数。三点校正时，是面改正，是分别位于两个椭球内的两个坐标系间的转换参数。七参数包括：三个平面参数、三个旋转参数、和一个比例尺因子。

2 实验方案

采用实验分析法、数据对比法对RTK测量精度问题进行研究，按以下五步进行：

1）根据试验目的和要求，在选取测量路线，并在此路线上按原则选取控制点并记录各个GPS控制点的位置和周围环境。

2）以已知控制点为基础，采集单点校正、两点校正、三点校正方法利用RTK接收机进行定位数据的采集，并对所测量的数据进行处理。

3）将三种校正方法下的数据分别与已知静态GPS测量点坐标进行对比，分析不同的校正方法对RTK测量精度的影响。

4）通过RTK测量数据与已知点水准测量高程对比，研究分析测量点高程精度随距离变化情况。

5）根据对测量数据的处理，得到GPS RTK定位精度情况和作业范围。

2.1 线路设计

按照控制点选取的原则进行选点工作，点位大部分布设于道路中心或者两道路的交叉路口处，视场开阔，周围无高大建筑物、无大功率无线电发射源，交通方便，便于仪器的安装与工作。在设计线路上选取了33个点，其中三个校正点：A0、A1、A2；24个数据对比点，B1、B2……B24和距离测试试验点；C1、C5、C7、C16.测量线路长约13.3km.如图1所示。

图1 GPS RTK观测路线示意图2

2.2 作业流程

1）设置基准站，当基准站是已知坐标点时，将基准站架设在已知点上，对中整平，将主机与发射电台、备用电池、天线等正确连接，设置卫星高度角、无线电类型、天线类型、频率、基准站斜高等各项配置参数。当基准站是未知坐标点时不需对中整平和量取斜高；

2）设置移动站，设置连接方式和电台通道号，输入流动站的天线高，输入观测时间、次数等参数；

3）分别采用单点校正、两点校正和三点校正对选区的试验点进行测量。

三种校正方法观测路线相同，所测点位相同，观测环境基本相同，人员固定，采集点时严格地按照数据采集步骤，以保证数据的可比性。

2.3 精度分析

将三种校正方法得到的数据与静态GPS测量数据进行对比分析，分别计算三种校正模式下的X坐标中误差、Y坐标中误差和点位中误差，得到的对比结果如表1所示，通过对比可知，当用1个校正点时，中误差值最小，均小于20mm，随着已知校正点个数的增加，中误差在逐渐增大，点位精度逐渐降低。

表1 三种校正情况下的点位平面精度中误差对比表

三种模式下点位平面位移中误差与移动站距基准站之间的距离之间的关系图如图2所示：点位中误差随距离的增加都逐渐增加，当距离增大到3 km时两点和三点校正情况下的位移中误差迅速增大。

分别选取单点、两点、三点校正情况下的公共测量点高程坐标值与已知点高程值进行比较。高程中误差随与基准站距离的增加，呈现出一定的规律，如图3所示。根据《工程测量技术规范》规定对于四等水准点要求线路闭合差为±从以上对比可知，三种校正情况下当基准站与移动站距离超过3.5km时，高程精度无法满足实际图根控制测量。

3 结 论

实验表明RTK在距离基准站3km范围内进行测量，其测量点位精度较高，一般在5cm范围之内，高程误差满足四等水准测量要求，且接收卫星信号和来自基准站点的差分信息稳定，能一直保证在固定接收状态，无需为基准站和移动站失锁担心，其点位精度完全能达到1∶500图根控制测量的要求，能很好地满足线路和工程测量。就三种校正方法作比较，小范围内使用单点校正，测量点位的平面精度比其他两种校正方法都要精确。

［1]李英冰，徐绍锉.利用RTK进行数字化测图的经验总结［J].全球定位系统，2005，30（5）：30－34.

［2]蔡文惠，谢峰震.RTK技术实际应用优劣及其质量控制探讨［J].科技咨询导报，2007（5）：47－50.

［3]张 东，梁 勇，刘纪平，等.RTK技术在控制测量与大比例尺测图中的应用研究［J].全球定位系统，2010，35（4）：31－34.

［4]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理与应用［M].武汉：武汉大学出版社，1998.