基准站任意架设技术的RTK测量精度分析与质量控制

左海玉，郑艳光

(阜新市规划设计研究院，辽宁阜新123000)

一、引 言

随着RTK测量技术的不断发展，基准站任意架设的方法已经广泛应用于工程领域。在以往的RTK测量技术中，由于基准站需架设在已知点上，而实际工程测区范围很大，不能拥有充足的已知点，即流动站的位置与点校正的位置较远。所以给测量工作带来了不便，降低了工作效率。基准站任意架设技术打破了这一局限，保证了测量工作的高效率。然而，基准站任意架设技术的点校正方式是采用流动站对已知点进行数据采集，并对测量结果与已知点数据进行计算，完成校正步骤。那么，流动站的对中误差必然影响测量精度，已知点与基准站的位置关系也会引进定向误差。本文就该技术进行试验，并对测量精度进行分析。为测量工作，对采用任意点架设基准站技术提出了注意事项。

二、基准站任意点架设的原理

所谓RTK技术就是载波相位差分技术，即基准站把接收到的所有卫星信息(包括伪距、载波相位观测值)和基站的一些信息，通过无线电通信设备传送到流动站。在流动站完成初始化后，将基站传来的载波观测信号和本身收到的载波观测信号进行差分处理，实时求解出两站的基线值，进而由基站的坐标求得流动站的WGS-84坐标，通过坐标转换，即可实时求得实用的坐标并给出相应的点位精度。

可见基准站任意点架设的RTK技术，是基于流动站与基准站的相对关系，通过基准站的准确坐标，计算得到流动站的正确位置。即，在已有或求得坐标转换参数后，利用流动站对已知点进行数据采集，将测量结果与已知数据进行差计算，反算得到基准站正确位置。然后，将正确的基准站坐标数据发射给流动站，再次进行校正已知点。如此反复迭代，直到符合精度位置。一般只迭代一次[3]。

在已知坐标转换参数条件下的任意基站工作原理数学表达形式如下[3]：

已知点坐标数据 A(x1，y1，h1);测量坐标A'(x1'，y1'，h1');基准站测量坐标 G(x2，y2，h2);校正后基准站坐标 G'(x2'，y2'，h2')

则，反算得到的基准站坐标 G'(x2'，y2'，h2')为

将反算得到的基准站坐标作为已知数据，再利用载波相位观测方法，进行常规的RTK测量。

三、测量精度分析

RTK测量误差源与GNSS定位误差源相同，可分为与卫星有关的误差、信号传播过程中的误差和接收机有关的误差。这里不再赘述，可参考相关文献。众所周知，RTK测量精度随距离的增加而降低。一般RTK测量仪器精度用“固定误差+边长比例误差”的形式表示[1]。即：标称精度a+b×D。

其中，a为固定误差;b为边长比例误差;D为流动站与基准站之间距离。

本次试验，采用华测X91型仪器。在RTK测量模式下得测量标称精度为

基准站任意架设技术的点校正方法是，待流动站与基准站初始化结束后，采用流动站对已知点进行测量，并进行点校正。在此方法下，基准站不产生对中误差。而流动站进行点校正时，既有对中误差又有RTK随距离而产生的误差。假设流动站对中误差为m流，流动站在已知点校正时的定位精度为m校，即m校=a+b×D，即在已知点上只测量一个WGS-84下的坐标用于校正，则该点会引入a+b×D大小的误差。则RTK定向误差m定，为

由此可见，RTK两点校正时引入的方位角误差会随距离的增加而减小。在作业过程中，点校正引入的定向误差对测量点位误差的影响非常明显。假设校正点距离基准站为S1，碎步点距离基准站为由此可知，定向影响的误差与相关，即测量边与校正边比值越大，测量结果误差越大。因此，进行RTK测量时，应根据精度要求，设计合理的测量方案。

四、试验分析

为研究定向误差对测量结果的影响。本次试验故意将定向误差放大，即，将采用较短边进行点校正，将测量结果精度与估计精度进行对比。在测区内已知点相距一定距离内，选择观测条件较好的位置架设基准站。然后在测区内选择5个已知点对其进行RTK测量，并计算出测量平均值与已知值得误差，分析测量结果精度。定向点测量120个观测历元进行校正，取对中误差为5 mm。校正完成后，对选定的已知点进行测量并以多历元观测值的平均值作为最终观测值。

表1 采用较短边定向后测量各点坐标与边长的比例误差m

计算基站与测量值、已知值得各自坐标方位角，比较其差值，并计算各点测量结果由RTK校正引入的定向误差。

表2 RTK校正引入的定向误差 s

通过两次不同坐标数据推算的坐标方位可以看出，RTK测量得到的图形以基站为中心向东偏转。由此可见，用短边引入的定向误差比较明显。

表3 对RTK测量各点的估计误差与实际测量误差对比

由表2提供的数据可以看出，随距离的增加点位估计误差与实际点位差值成线性相关，并且趋于稳定。因此，对于这个差值，可以看出它的大小随距离增加而趋于常量，具有系统性。当然，应该考虑到环境因素造成的误差。本次试验选择的5个点位周围无明显遮挡，且观测时段天气晴朗、气温无剧烈变化。通过试验可知，用超短边进行校正，尺度比误差也大。测量的相对精度不能满足导线测量规范的要求。

五、结束语

虽然仪器标称精度很高，但在实际测量中，由于操作、观测环境等因素而造成精度的降低。特别是采用超短边(100m以内)进行校正尤为明显。因此，为了保证测绘成果质量，应该避免超短边校正。并且，用于校正的已知点的测量结果直接影响到校正后的测量精度。为此，在进行点校正时，必须保证已知点的观测条件良好，必要时要采用脚架进行严格的对中整平，可有效地减弱因对中误差而带来的影响。在测量精度要求较高时，应该考虑到测量边与校正边的比例关系，通过预算而控制测量范围。

[1]李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M]．武汉：武汉大学出版社，2005：123-124．

[2]王峰，高飞．关于RTK基准站任意假设技术的探讨和分析[J]．科学技术与工程，2007，7(20)：5422-5425．

[3]赵成铭．GPSRTK任意基准站方法在工程测量中的应用[J]．测绘与地理信息空间，2009(4)：161-162．

[4]王佩贤，张国卿．大地测量学基础[M]．北京：煤炭工业出版社，2007．

[5]武汉大学测绘学院测量平差学科组．误差理论与测量平差基础[M]．武汉：武汉大学出版社，2003．