1、RTK 测量误差源分析及精度控制摘要:RTK 测量技术是 GPS 发展中的一个新突破，测量应用中具有更高效、更灵活的特点。本文介绍了 RTK 测量的作业方法，并结合测量实例，分析了 RTK 测量误差源，最后提出了精度控制的建议和措施，以期指导实践。 关键词:RTK 测量；作业方法；误差源；精度控制 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号： 随着科学技术的发展，RTK 是 GPS 技术发展中的一个新突破，它不仅具有 GPS 技术的所有优点，而且可以实时获得观测结果及精度，大大提高了作业效率并开拓了新的应用领域，正在越来越多的测量工作中得到应用。虽然 RTK 在进行测量时，能够达到较好
2、的达到测量的精度要求。但即使如此，RTK 技术还是存在着误差情况，为此，我们有必要对误差源进行研究，采取必要的精度控制措施，以便更好地发挥 RTK 技术优势。 1 RTK 测量的作业方法 依据 RTK 测量不同的基准转换方法，可产生 3 种作业方法： 1.1 坐标转换法 所谓坐标转换法，即在参考站输入国家参心坐标系某一投影带的平面直角坐标和某一高程基准的正常高，或输入 WGS84 地心坐标系下的三维大地坐标。其中，基准转换采用三参数或七参数法，在已知 WGS84 大地坐标和平面直角坐标以及正常高的条件下，可采用正常高来代替地方基准下的大地高，依据三参数或七参数基准转换模型，在测区均匀的选取一定
3、数量的控制点，即可求得基准转换参数。如无 2 套坐标成果，则必须进行室外校正。投影采用横轴墨卡托投影；流动站的参数设置和参考站相同即可，这样，就可得到流动站点的平面直角坐标和拟合的正常高以及相应的精度指标。 1.2 假设转换参数法 所谓假设转换参数法,即在参考站输入国家参心坐标系某一投影带的平面直角坐标和某一高程基准的正常高,其中,基准转换采用三参数法,三参数(X、Y、Z)可任意设置,投影采用横轴墨卡托投影；流动站的参数设置和参考站相同即可,这样,就可得到流动站点的平面直角坐标和正常高以及相应的精度指标。 1.3 高程拟合法 如 RTK 测量手簿的内置软件支持此方法，则选取适合测区的相应的数值
4、拟合方法即可。如不支持，则应选取后处理动态或快速静态作业模式，内业采用商业软件或自编软件进行坐标转换和高程拟合。常用的高程拟合方法为，平面拟合和曲面拟合。 3 种转换方法中，假设转换参数法以其所需已知条件少和易用性等诸多优点应用较为广泛。但当参考站和流动站之间的高程异常变化不能满足测量的精度要求时，则不能采用假设转换参数法，坐标转换法为首选方法。在某些测区，由于高程异常变化较为复杂，GPS 点校正所计算出的最大高程残差不能满足精度要求，所以应采用高程拟合法的作业模式，选取最适合测区的数值拟合方法。 2 GPS RTK 测量实例 实验测区为大坝下游局部冲刷河段。此河段在前几年恢复 D 级 GPS
5、控制和四等水准控制，控制成果精度可靠。测区范围内地形较为复杂，具有大面积水面和树林，具有代表性，控制点较为密集，有利于进行实验研究。 本次 RTK 实验工作中，分别使用了 17-1 左 5 和 GPSXY112 个控制点架设参考站，2 点平面均为 D 级 GPS 控制，高程均为四等几何水准；在54 个比对控制中，有 29 个为 D 级、E 级 GPS 控制，高程为四等几何水准；25 个平面为一级导线，高程为五等几何水准。 在施测过程中，对 29 个 D 级、E 级 GPS 点分别进行了单历元、5 个历元、10 个历元、20 个历元、30 个历元、60 个历元、120 个历元、180个历元、30
6、0 个历元的 RTK 观测；对 25 个导线点分别进行了单历元、5个历元、10 个历元、20 个历元、30 个历元、60 个历元、120 个历元的RTK 观测。 内符合精度检验使用同一点的不同历时的观测数据进行，假设单历元的观测成果为 RTK 观测的最或然值，进行精度统计，可以更方便地了解到 RTK 成果的稳定性，统计成果见表 1。 表 1 RTK 测量内符合精度统计表 由表 1 可见，在一般观测条件下，RTK 测量在不考虑首级控制误差和基准转换误差的前提下，即 RTK 测量的内符合精度一般可达到点位误差优于 2cm，高程误差优于 3cm。这和 RTK 测量的标称精度相符。 外符合精度检验使用
7、同一点的不同历时的观测数据和控制数据相比较，进行精度统计，可以很容易地了解到 RTK 成果在现有首级控制和测区条件下的精度定位，统计成果见表 2。 表 2 RTK 测量外符合精度统计表 由表 2 可见，在坝下现有首级控制的条件下，RTK 测量的点位中误差优于 5cm，高程中误差优于 3cm。 在 RTK 测量中，增加观测历元的个数，对测量外符合精度影响不大。3 RTK 测量的误差源分析 1)GPS 观测所带来的误差，包括卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差、传播延迟误差、数据链设备的内部噪声、外部无线电信号的干扰。此类误差已由厂商在仪器出厂时进行了检定，Timble5700 的平面标称
8、精度为 10mm110-6D，测高标称精度为 20mm+110-6D,这类误差在仪器的控制手簿中可以进行实时的显示，测量员可以很好的控制。 2)坐标转换模型的误差。3)首级控制系统的固有误差。 4)流动站和基准站之间的高程异常差值所带来的误差。 由以上的误差分析和实验数据可知，如果不考虑首级控制的固有误差，RTK 作业半径小于 5km，则 RTK 测量的平面精度优于2cm，对于 RTK测量的高程精度，如果参考站和流动站之间的高程异常差值在允许的范围之内，即采用假设转换参数法，优于3cm。RTK 测量的相对精度优于1/20000，即一级导线的最弱边相对精度要求。 在实际生产中，应考虑基准转换、首
9、级控制固有误差以及参考站和流动站之间的高程异常变化等不定因素，根据比测数据来统计 RTK 测量的精度指标，判定是否满足工程的需求。 4 精度控制 1)RTK 测量解算出的整周模糊度的可靠性不可能达到 100，因此，需避免粗差的引入。在 RTK 测量的过程中，应随时注意高程的变化，因为如果 RTK 测量的值为假值，高程的变化较大，一般为 0.5m 以上；在进行全站仪碎步测量时，应对 RTK 施测的图根控制进行 100的检核，最大限度地避免测量错误的产生。 2)RTK 测量的网形为星形，无图形检核条件，图形强度低，可靠性差。针对此，应采取的质量控制措施为:与已知点检核比较；2 个相邻观测单元应至少
10、有 1 个 RTK 检测重点,即在测区建立一条数据检核链路。这样可有效地控制参考站和流动站之间的高程异常差值是否在容许的范围内。电台变频实时检测，即在测区同时架设 2 个参考站，通过对电台进行变频，进行 2 次 RTK 测量，可最大限度地提高 RTK 测量的可靠性。但由于对仪器的要求条件较高，在实际生产中很少应用。 3)RTK 测量的观测历时。GPS 测量中的观测条件指的是卫星星座的几何图形的分布和变化。通常，卫星数量越多，卫星分布越均匀，观测时间越长，观测条件越好。 由表 2 可见，在 RTK 测量中，对多个观测量取算术平均值外符合精度几乎得不到提高，原因在于，GPS 观测误差属随机系统误差
11、；并且WGS84 大地坐标在向地方平面直角坐标转换的过程中，不可避免地会有转换模型误差以及原有控制点误差的引入，这部分误差属系统误差，是不可以通过取算术平均值的方法减弱的。 RTK 测量是利用最小量的数据来解求测点的三维坐标和相应的精度指标,通过重复观测可提高其可靠性。因此,在兼顾测点质量和生产效率的前提下,RTK 测量时，用户应实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待定点的精度指标，适当延长观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。 4)天线高为 RTK 测量的明显的误差源,甚至很容易导致粗差的引入,流动站应采用定长的观测杆。在作业前，应正确设置天线类型和天线高量取方法，
12、并进行外业记录，记录中禁止流动站天线高的连环涂改，内业根据外业记录进行检查校对。 5)有效卫星数应不少于 5 颗，点位几何精度因子(PDOP)值应小于 6，手簿中显示的平面精度和垂直精度应达到仪器的标称精度。 5 结语 总而言之，随着 RTK 技术的不断发展和完善，更多的技术和设备的应用到其中，将有效减少和消除 RTK 测量工程中的误差，进一步提高测量精度。只有我们在实践中不断提高和总结，才能更好的为经济建设提供更加有保障的测绘服务。 参考文献 1 李金火.探讨确保 RTK 定位测量精度与误差来源的分析J.现代测绘,2010 年 01 期 2 赵萌.GPS-RTK 测量精度的分析与质量控制J.铁道勘察,2012年 02 期
