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（准光学通视），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。
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论文作者:刘想林
论文发表刊物:《基层建设》2015年34期
论文发表时间:2016/10/21
标签：测量论文; 误差论文; 精度论文; 作业论文; 基准论文; 流动站论文; 坐标论文; 《基层建设》2015年34期论文;