GPS RTK工程测量精度影响因素的探讨

王 勉

河南省地矿局第二水文地质工程地质队，河南 郑州 450001

GPS RTK 技术是GPS 测量技术发展的一个突破，因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在测绘生产中得到了普遍的使用。

但是GPS RTK定位精度的影响却是多方面的，如果工作中忽视了这些影响，测量结果的精确度将大打折扣。本文就自己工作中的经验和体会，分析影响RTK测量精度的各种因素，并提出了相应的解决措施，以达到提高工作质量的目的。

1 GPS RTK测量的原理及误差分析

RTK定位技术是实时动态测量，它是以基准站为中心，其它流动站（又称移动站）相对于基准站的定位。需要在两台GPS接收机之间增加一套无线数字通讯系统(亦称数据链)，将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给流动站，流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身的载波信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标。

实时GPS系统由以下3部分组成：1）GPS信号接收系统；2）数据实时传输系统；3）数据实时处理系统。所以在GPS RTK定位过程中，也相应存在着三部分误差。第一部份主要包括GPS卫星星数、卫星图形、大气状况、卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差、传播延迟误差等。这些因素中有些因素用户无法控制，但其中卫星钟误差、星历误差通过差分技术可以完成消除，电离层误差、对流层误差、传播延迟误差也可以大部分消除，然而其残余误差会随着流动站至基准站距离的增大而加大。第二部分误差来源于RTK系统，主要包括数据链、内部噪声、通道延迟轨道误差、天线相位中心变化、接收机位置误差、信号干扰、多路径效应、天线类型和处理软件。第三部分为基准转换误差，包括已知控制点的误差、坐标系统转换误差、大地水准面差距的内捕误差等。这部分误差要采取严密的转换模型和高质量的起算数据，并运用检核的办法来验证其精度。

2 控制点内在精度对RTK的影响分析

由于我们在测量中所使用的是北京54坐标系或西安80坐标系，GPS直接测量出的是WGS-84坐标，所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成我们需要的坐标。我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出它们的高程。

为提高测量内在精度必须尽量做到下面几点：1）控制点的数量应足够。一般来讲，平面控制应至少3个，高程控制应根据地形地貌条件，数量要求会更多(比如4个或以上)以确保拟合精度要求；2）控制点的控制范围和分布的合理性。控制范围应以能够覆盖整个测区为原则。分布的合理性主要是指控制点分布的均匀性，要均匀分布于测区周围；3）控制点本身的精度。控制点本身应具有相当高的精度，而且控制点应具备相互位置关系精确的WGS84坐标和测区坐标，以确保转换参数计算的正确性。

3 GPS RTK外业观测方法对精度的影响

3.1 基准站的影响

工作基准站架设的位置不同，GPS RTK的测量精度也不同。为此，我们做了一个实验，在一个测区内把基准站架设在中间与架设在一端进行对比，以下数据是分别将基准站选择在测区中央和测区一端的GPS RTK观测数据和坐标真值的比较（平面坐标为一级GPS静态平差数据，高程为四等水准高程），其中，C为一级GPS静态平差数据，各点的位置关系如下图：

基准站的架设位置不同与静态平差数据的关系如下表：

由上表我们可知：将基准站选择在测区中央，其误差分布较小且均匀，基准站架设在一端，距离基准站越远的地方其误差也越大。

3.2 移动站的影响

对于RTK移动站来说，它是实时的差分计算，也就是说，两台接收机（一台基准站，一台移动站）同时观测卫星数据，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号发射出去，移动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号。在这两信号的基础上，移动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与移动站的空间相对位置关系。在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响（包括：受卫星状况限制、受电离层影响、受数据链电台传输距离影响、受对空通视环境影响），其测量结果会有误差。我们在工程实践中总结出一些优化施测方法，可以在目前的GPS 技术水平下弥补RTK 技术的不足，提高作业效率：1）基准站尽量架设在较高的地方；2）控制点间距离应小于RTK 有效作业半径的2/ 3 倍；3）在测区内环境不良地区增设一些控制点；4）通过下载星历文件了解测区的卫星分布情况，尽量避开卫星信号盲区和中午电离层干扰大的时段；5）在植被茂密等对空通视受限的测区， 通过采用常规方法和GPS 技术相结合的生产流程。

4 RTK 测量成果的质量控制

由上面分析可知，RTK 在实际测量中由于内在条件和外部因素而影响了测量的精度。所以为了保证测量精度， RTK 测量必须进行质量控制。根据在实际外业测量中的工作经验，我们总结了控制RTK 质量的几个方法：

1）校正仪器时尽量使用高等级的点，校正之后与已知点检核比较，缩短基线距离，精确量取仪器高和流动站高，选择最佳的卫星分布，减弱多路径误差和对流层延迟误差的影响；

2）每次测量之前对前一天的点进行重测比较。每次初始化成功后， 先重测1～2个已测过的RTK点，确认无误后才进行RTK测量；

3）根据测区似大地水准面变化情况，合理地布设已知点。根据不同的测区，选取合适的拟合模型，并且应对已知点进行检核，以减小因已知点精度低而带来的损失；

4）联测的几何水准的点位，应均匀布设于测区。测区周围应有几何水准联测点，由这些已知点连成多边形，应包围整个测区。拟合GPS RTK计算高程时不宜外推。

5 结论

通过对以上几个方面的分析，我们可以看出，GPS RTK测量精度虽然受多个条件的影响，但通过采取一些技术措施和进行质量控制后，用GPS RTK测量的精度是完全可以得到保证的，并且成果具有相当的精确性，能满足各种测量的规范要求。

[1]石金峰，李新慧，杨培章.RTK技术及其在控制测量中的应用，2004(6).

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