RTK小区域测量精度探讨

刘想林

东莞市沙田测绘队

摘要：本文针对小区域内RTK测量定位的精度和可靠性问题展开分析与研究，提出了RTK定位精度的检测方法，通过对RTK测量实验数据的内符合精度检测，分析了RTK在小区域工程测量中实现高精度定位的技术可行性。

关键词：PTK；小区域；测量精度

引言

随着科技的不断进步，一种新兴的RTK—网络RTK（VRS）技术得到广泛应用，VRS的意思是虚拟参考站，VRS不仅是GPS的产品，更是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术为一体的系统工程。它的出现使一个地区的所有测绘工作成为一个有机的整体，结束了以前GPS作业的单打独斗局面。它克服了RTK技术的局限性，扩展了RTK的作业距离，使GPS技术的应用更加广泛，精度和可靠性进一步提高，使从前许多GPS无法完成的任务成为可能。

一、RTK测量的特点

1、RTK 误差的来源

RTK 测量的误差可分为两类，同测站有关的误差和同距离有关的误差。

同测站有关的误差包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素影响等，其中多路径误差是RTK 定位测量中最严重的误差。多路径误差主要取决于GPS 接收机天线周围的环境，若天线周围有高大建筑物或大面积水面时，将对电磁波有强反射作用。通常情况下，多路径误差为1 ～ 5 cm，高反射环境下可达10 cm 以上，且多路径误差的大小常以5 ～ 20min 呈周期性变化，这对RTK 测量将产生严重影响。

同距离有关的误差包括控制点的WGS84 坐标误差、轨道误差、电离层误差和对流层误差。控制点的WGS84坐标误差为10 m，10 km 基线解算误差可达1 cm；目前轨道误差只有几m，其残余的相对误差约为10-6，对小于10 km 的基线而言，其影响可忽略不计。电离层误差一般其影响小于5×10-6。对流层误差同点间距离高差有关，一般影响在3×10-6 以内。对于同测站有关的误差可通过各种校正方法和有效措施予以削弱，而同距离有关的误差将随流动站至基准站的距离增大而加大。因此，在进行RTK 测量时，除采取有效措施削弱测量误差外，一般作业半径不大于10 km 为宜。

采用扼流圈天线或具有抑径板的GPS系统可有效减弱多路径误差。

2、整周模糊值研究表明，确定整周模糊值（即初始化）的时间和可靠性，是RTK 系统能否实时、准确定位的关键。

RTK 系统可以在运动中确定整周模糊值（OTF）。

在正常条件下，地面两点间距离较短时，能够通过对观测值的差分处理减弱大部分电离层和对流层的影响。

实践证明，确定整周模糊值的时间和可靠性取决于4 个因素，即接收机类型（多系统、双频）、所观测卫星的个数、流动站至基准站的距离及RTK 计算引擎质量。一般情况下，接收数据链信号的强度和稳定性越高，其初始化的时间越短；RTK 初始化的时间同距离有关；解算时采用的卫星个数越多，RTK 的精确性和可靠性越好；流动站至基准站的距离越近，其初始化的时间越短。

3、数据链

RTK 测量时，流动站需要实时地接收基准站播发的差分信号（观测值及相关数据），才能求待定点的位置。因此，能否连续可靠地接收基准站播发的信号，是RTK 能否成功的决定因素，也是制约RTK 测程的关键因素。

目前，一般采用UHF 电台播发差分信号，其频率大约为450 ～ 470 MHz。根据电磁波理论，它的传输属于一种视距传输（准光學通视），其最大的传输距离是由接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素决定的。因此，在沙漠、平原、海域等地区，其RTK 定位的效果比较好；而在城区、山地、森林等地区进行RTK 测量时，其成果质量及作业效率将受到一定影响，甚至无法进行作业。

由于信号遮挡和频率冲突，会导致信号衰减和失锁。可以通过基准站未发射信号时，观察流动站的数据链接收指示灯状态，以确定是否发生频率冲突。

二、几种RTK作业方法的精度比较实例

1、动态与快速静态测量比较

2003年8月，我院对苏北一条高速公路的四等和一级控制网用快速静态的方法进行了第一次复测，然后采用RTK技术进行了第二次复测。两次测量的成果比较见下表：

从表1中的数据可以看出，RTK 与GPS快速静态测量成果的坐标分量最大差异为1. 8cm，这其中还包括了对中等其它测量误差的影响。因此在本例中，RTK 测量与GPS快速静态测量的成果无显著差异，精度相当。

2、单次测量与双次测量的精度比较

2005年3月，我院在南京郊区进行了RTK 单次测量与双次测量（第二次测量时需重置整周模糊度）的精度比较测试。测量的点位主要是一级图根控制点，表2和表3 中点位的各种精度指标是在WGS - 84坐标系下的数据，由Ski-Pro 后处理软件平差所得。

表2、表3 中的M p、Mh 和M p +h 是指点位在平面、高程和空间位置的均方根（RM S）。根据表中的数据分析，双次测量能显著地提高RTK 测量的精度，在本例中约提高了45%，但不管是双次测量还是单次测量，其成果的平面中误差Mp和高程中误差Mh均未超过±5cm。

3、用三脚架测量与专用侧杆测量的成果比较

三脚架测量与专用测杆测量孰优孰劣，是个难于回答的问题。其实两者各有利弊：三脚架的平面对中误差小是其最大的优点，但这是以光学对中器的检校正确为前提的，由于外业工作条件和运输等方面的原因，要做到这一点并不容易。携带不方便是其最大的缺点。

专用测杆都配有园水准气泡和支撑杆，一般与其它设备的配套较好，与三脚架相反，携带方便是其最大的优点，但测杆一般高度较高，对中的可靠性一直是人们怀疑的地方。

2005年4月，在南京郊区的一次RTK测量中，开始我们用专用测杆进行测量，后因委托方的要求用三脚架进行了重测，因此获得了一组比较数据。

表4的数据有点出乎原先的估计，因为比较容易发生误差的平面坐标吻合较好，而高程方面的差异较大。事后分析，主要原因是作业开始前对三脚架和测杆的对中气泡均进行了检校，因而其对平面坐标的影响不大。高程方面的差异，主要是由天线高量测误差和GPS高程精度相对较弱而引起的结果，这也从一个侧面证实了GPS精度方面的一些理论。

三、关于RTK的质量控制

研究表明，RTK 确定整周模糊度的可靠性在95-99%左右，另外RTK比静态GPS还多出诸如数据链传输等出错的机会，因此和GPS静态测量相比，RTK测量更容易发生错误，这就要求我们必须进行质量控制，根据我们的研究的试验，较为有效的方法有以下几种：

1、已知点比较法：作为RTK 测量起算数据的高级控制网，一般用GPS静态获得，具有很高的可靠性。为检核坐标转换参数、已知数据输入及RTK 测量各种过程的正确性，可以通过将已知点纳入到测量链中的方式进行检查，这是一种十分有效的方法，可在任何情况下时使用。

2、重合点比较法：每次初始化成功后，或测量2-4h左右应重合1-2个已测过的RTK 点，以此来检查基站设置的正确性和测量链过长后可能产生的点位坐标漂移误差，这种方法可以在首站完成后的设站时使用。

3、双基站检测法：在测区内同时建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据，从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可检验其质量状况。这种方法的变通是在不同时段两次架站，但缺点是工作效率较低，所以使用不多。

4、已知基线长度测量检验。在使用独立坐标系统的测区，往往缺少已知数据，在此情况下，可对已知基线的两端进行坐标测定，以解算边长与理论边长进行比较，这也从一定程度上对RTK 成果进行了检核。

四、结束语

精度是一切测量工作的基础，测绘工作者不仅要依据精度要求制定作业方法，选定测量仪器，而且还要在测量工作完成后评价成果的精度水平。目前测绘仪器技术的发展大大提高了测量所能达到的精度水平。但是对于精度问题的研究始终是测绘工作者关心的问题。

参考文献：

[1]潘宝玉，傅文祥，刘军.RTK像片控制测量及其精度检验[J].测绘通报，2004（8）.

[2]李引生，周朝义，王海滨.GPS RTK定位的几项关键技术问题分析[J].勘察科学技术，2005（2）：52-54.

[3]章红平.静态GPS测量与RTK测量实例分析[J].测绘通报，2006（1）：28-32.

[4]刘小玲，熊寻安.RTK技术在控制测量中应用的探讨[J].人民珠江，2007，（03）：45-47.

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辑中在9s内若有25%的燃烧器退出，则引发MFT。在此回路中，既考虑了高负荷（电负荷>80%）下炉膛灭火的提前量，又考虑了特殊情况下的稳定燃烧（例如RB）。经过实际检验，起到了很好的作用。

3.3关于MFT出口信号的问题

由于MFT的软逻辑和硬继电器两套回路互相冗余，所以当MFT条件出现时软件会送出相应的信号来停掉相关的设备，同时MFT继电器也会向这些设备中的绝大部分送出一个硬接线信号来停掉它们。例如，MFT发生时逻辑会通过相应的模块输出信号来关闭油母管跳闸阀，同时MFT接点也会送出信号来直接关闭该跳闸阀。在实际设计中，软回路和硬回路动作的设备并不完全重合。例如，MFT停汽机硬MFT继电器回路有输出信号，而软MFT逻辑逻辑回路就没有单独的信号线到大机ETS柜。这样当这唯一的一路信号发生问题时就不能及时停机。为此对以下重要设备增加了软回路（DCS柜DO卡件输出）和硬MFT继电器回路（从MFT继电器柜端子排输出）双接线：MFT跳大机（至大机ETS柜）、MFT停A/B给水泵（至A/B小机MEH柜）、MFT停吹灰（至吹灰柜）、MFT跳发电机（至发电机保护屏A/B屏）。

3.4泄漏试验旁路MFT功能的实现

在锅炉点火前应进行燃油系统的泄漏试验，且泄漏试验应在MFT未复归的前提下进行。当MFT发生后，为可靠地切断进入炉膛的燃料，MFT软回路和硬继电器控制回路将同时强制关闭点火油及启动油进油快关阀、油压调节阀、回油电动阀、泄漏试验阀，直至MFT条件消失，MFT信号复归。而进行燃油系统的泄漏试验时必须打开以上阀门，对炉前油管道进行充油。为了解决以上矛盾，在DCS系统CRT画面上用软件做了一个油泄漏试验旁路MFT信号软按钮，用以旁路MFT软硬回路的強关点火油及启动油进油快关阀、油压调节阀、回油电动阀、泄漏试验阀的信号。

3.5 热控电源丧失报警及其切换的问题

鉴于热控设备的重要性，一般情况下热控设备均设计有2路互为备用的电源回路。当其中一路电源失去时，自动切换到备用电源，此时可以保证设备的安全运行。为了对热控设备的电源有效地进行监视，在DCS画面中增加了一幅热控设备电源监视专用画面，当两路电源中有一路电源失去时，软光子牌报警，提醒热控人员及时检查处理；当两路电源均失去时，DCS系统发出语音报警，提醒运行人员采取紧急措施。具体报警内容包括：DCS系统电源柜失去报警、FSSS火检柜电源失去报警、DCS系统各个CP柜电源失去报警、空预器火灾报警柜电源失去报警、空预器间隙调整柜电源失去报警、吹灰系统控制柜电源失去报警、热控就地执行器电源失去报警、ETS柜电源失去报警、大小机TSI柜电源失去报警、DEH柜电源失去报警、MEH柜电源失去报警等。

4结束语

现代飞速发展的工业，能源需求愈来愈大，电能已经成为现代工业生产的主要能源和动力。随着电力工业迅速发展，大电网、高参数、大机组、高度自动化已成为电力工业的基本特征，火电机组的单机容量不断增大，600MW 机组已逐渐成为新建电厂的主力机组。锅炉安全监控系统FSSS主要承担了机组锅炉保护和燃烧器管理的任务，其系统的控制系统设备质量必须可靠，控制系统的设计思想应该先进、完善，软件逻辑设计正确、合理。只有做到这一点，才能完全消除可能出现的拒动和误动，保证600MW火电机组的安全稳定的运行。

参考文献：

[1]郭军，马阳升，张聪. 600MW机组热工保护存在问题及完善措施[J]. 热电技术，2015，第1期（1）：23-27.

[2]刘宾. 浅谈FSSS系统中常见的故障类型及技术措施[J]. 科技创新与应用，2013，11期（11）.

[3]闫生琳. 锅炉FSSS系统稳定运行的分析与研究[J]. 轻工科技，2013，02期：53-56.