GPS RTK观测精度及可靠性研究

范晓枫

摘要：GPS RTK技术随着科技的发展已经渗入各个领域，文章通过实测数据深入分析研究GPS RTK的观测精度和数据的可靠性。使我们对GPS RTK系统有了比较深入的认识，在今后的测量工作中，可以按照设计精度要求选择合适的观测方案，既节省时间，减少人力、物力消耗，又能满足精度要求。

关键词：GPS RTK；内符合精度；外符合精度；可靠性

中图分类号： P228 文献标识码： A

一、前言

20 世纪下半叶是测绘科学与技术迅猛发展的时期，特别是近10 余年来，它尤其获得了许多突出的成就。促进这一时期飞跃前进的主要因素之一就是测量仪器的惊人发展，其中比较有代表性的是GPS RTK的出现和使用。目前RTK实时三维精度可以达到厘米级, 但受观测条件和其它因素的影响，RTK测量成果偶尔会产生错误，若不采取必要措施剔除这些错误成果，会对测绘工作造成严重后果。本课题主要分析影响GPS RTK内、外符合精度与可靠性的因素，提出切实可行的方法和措施，保证测绘成果的质量，为测绘生产提供技术支持和理论依据。

二、影响GPS RTK精度和可靠性的因素

1、GPS 系统

GPS 系统本身的影响因素用户无法控制,这些因素包括GPS 卫星星数、卫星图形和大气状况。在OTF 解算未知的模糊值时,至少需要有5 颗共同星,星数越多解算模糊值时的速度越快,越可靠。研究表明,星数增加太多对提高RTK点位的精度不显著,但观测更多的卫星将提高观测成果的可靠性。卫星图形影响观测成果质量,当卫星均匀分布在整个天空时成果质量最可用卫星数越多,卫星图形越好。

2、RTK系统

RTK系统的影响因子主要包括数据链、天线类型和处理软件,所以RTK设备的优劣,不仅影响测量精度,而且也影响成果的可靠性。

3、环境

环境对RTK影响的因素主要有地形、基准站与流动站之间的障碍物、平面覆盖、多路径误差、电波干扰等。

4、观测方案

观测方案对RTK结果的质量和可靠性产生重大影响,观测方案的主要内容有: 基准站位置的选择、坐标系统的选择、历元数、观测次数等 。

5、观测者的技术和经验

观测者的专业水平和经验对成果的精度和可靠性影响很大,例如:对中误差、测量天线高等都将影响测出的全部坐标。

随着科技的发展, GPS的应用范围也越来越广。虽然RTK测量有着无与伦比的快捷和方便,精度上也能满足控制测量的要求,但与静态相比,精度上还有一定差距,且存在缺少检核、可靠性不高的缺点。

其主要影响因素如下：

(1) 转换参数的影响。

(2)测量作业的控制区域。

(3)卫星信号的影响。

(4) RTK基准站数据链传输的影响。

(5)流动站方式影响。

(6)电源的影响。

三、 观测方案及精度分析

选择某校园区域内布设GPS静态网,采用三角网经典静态定位模式进行坐标采集。校园内多为7层建筑物而且建筑比较密集,采集数据时受外界影响较大,所以点位得选择也对测量精度有很大得影响。

1、GPS RTK外符合精度研究

基准站选择在测区中央时，到达测区内各个点的基线长较均匀，则其误差分布也较均匀。

将基准站选择在测区边缘时，则离基准站远的地方精度就不如离基准站近的，因为RTK是靠无线电传输数据的,受基线长度影响，而且距离越远其中间的干扰因素就有可能多。

通过采集数据比较，当基准站选在测区中央时精度较高。当基准点选在测区中央时，在测量过程中，每个点的基线长都在作业半径内，采集数据快而且误差分布均匀，点的观测精度相对就高。

流动站采取不同的对中整平方法，对采集到的坐标精度有影响。

表1 三角架对中

点名 X坐标(m) Y坐标(m) H(m)高程

G006 207660.697 300574.11 101.211

G007 207716.346 300690.93 100.879

L311 207987.701 300375.102 100.803

G015 207933.762 300259.988 100.179

G014 208054.35 300519.298 100.14

表2 对中杆对中

点名 X坐标(m) Y坐标(m) H(m)高程

G006 207660.625 300574.02 101.164

G007 207716.322 300690.879 100.824

L311 207987.755 300375.108 100.769

G015 207933.731 300259.864 100.125

G014 208054.689 300519.754 100.143

表3 坐标真值

点 名 X坐标 Y坐标 H(m)高程

G006 207660.684 300574.106 101.2138

G007 207716.335 300690.913 100.8837

L311 207987.717 300375.024 100.8219

G015 207933.779 300260.02 100.1875

G014 208054.334 300519.312 100.1213

通过数据比较，三脚架对中的平面坐标精度较高，使用对中杆时所需时间短，适合精度要求不是很高的测量。

2、GPS RTK内符合精度研究

当对某个量进行重复观测时就会发现，这些测量值之间往往存在一些差异。

观测误差产生的原因很多，概括起来有以下三个方面：

1、测量仪器

所谓的测量仪器，这里是指采集数据采用的任何工具和手段。由于每一种仪器只具有一定限度的准确度，由此观测所的数据必然带有误差。同时，仪器本身也有一定的误差，如GPS接受机所采集的数据存在着仪器的误差。

2、观测者

由于观测者的感觉器官的鉴别能力有一定的局限，所以在仪器的操作过程中也会产生误差。同时，观测者的技术水平和工作态度也是对观测数据质量有直接影响的重要因素。

3、外界条件

测量时所处的外界条件，如温度、湿度、风力、大气折光等因素和变化都会对观测的数据直接产生影响

上述测量仪器、测量者、外界条件三方面的因素是引起误差的主要来源，不难想象，观测条件的好坏与观测成果的质量有着密切的联系。

三街道RTK两次测量比较

点号 第一次测量成果

X坐标（m) Y坐标（m) 高程H（m)

M1801 4144672.679 494051.006 28.069

M923 4144625.427 494155.928 34.752

M1802 4144725.275 494148.662 28.265

M922 4144745.482 494074.713 24.001

M921 4144903.541 494139.349 16.918

点号 第二次测量成果

X坐标（m) Y坐标（m) 高程H（m)

M1801 4144672.692 494051.004 28.056

M923 4144625.431 494155.932 34.775

M1802 4144725.267 494148.657 28.277

M922 4144745.458 494074.713 24.013

M921 4144903.532 494139.325 16.927

点号 两次成果差

X(cm) Y(cm) H(cm)

M1801 -1.3 0.2 1.3

M923 -0.4 -0.4 -2.3

M1802 0.8 0.5 -1.2

M922 2.4 0.0 -1.2

M921 0.9 2.4 -0.9

可见在GPS RTK施测过程中，应两次观测取平均值，即双基准站的方法进行测量既可提高精度又可确保成果的可靠性。

四、提高精度和可靠性的措施

1、转换参数的合理求解。（1）一般转换参数求解时,尽量用高等级的控制点作为转换控制点,且转换控制点尽量分布均匀、包含整个测区。（2）对于待测区域较小(25 km2 以内) 、转换控制点较少且没有WGS284 坐标的作业区,可以用导航或者单点定位的方式测出基准站的WGS284坐标,然后用RTK的方式测出转换控制点的WGS284坐标,在输入相应的地方坐标后,直接用一步法求出转换参数;对于待测区域较大( 25 ～50km2 ) 、转换控制点较多且没有WGS284坐标的作业。（3）转换参数求解后,必须对它检核。

2、基准站的选择。由于需要接收足够的卫星信号和发射RTK无线电数据链,基准站上空应无大面积遮蔽和影响数据链通讯的无线电干扰,并避免多路径效应,因此RTK基准站点位应选择在视野开阔的建筑物顶部或地势较高处,须避开电视、电台发射塔、微波站、飞机场、高压线和大面积水域等。

3、流动站方式的选择。除了地形地貌测量和放样外,对控制点和其他可选择位置的待测点,流动站应与基准站一样,选择合适的位置,避免卫星信号和数据链通讯的影响及多路径效应的产生。

4、作业时段选择。为使RTK作业时能接收到足够多卫星信号,在每次作业前,先查看卫星数量和位置情况,选择最佳的时段进RTK作业。同时,为减小电离层、对流层影响,应避开14: 00: 00左右时段。

5、 电源供应。每次RTK测量前,需电源充足,保证RTK作业顺利进行。如果是固定的基准站电台,还可以用交直流转换稳压器代替汽车电瓶。

6、多基准测量。为保证RTK测量精度的可靠,在同一地区,可以建立多个固定的基准站点,并统一求解转换参数和基准站点的WGS284坐标。

7、不同时段测量。对于缺少其他检验条件的待测点,还可以用同一基准站在不同时段(如隔几天)测量,若结果不同,则必有一个是错误的,需再次测量;若结果在限差范围内,则说明测量值正确,可取中数。

五、结束语

通过在校园内外采用不同的观测方法进行数据采集，将得到的坐标数据和已知坐标数据进行对比，得出结论，探讨采用不同方法进行GPS RTK观测精度及可靠性。