RTK定位精度控制办法

-1-RTK定位的质量控制办法王晓利王波赵张华（云南省测绘局劳动服务公司，云南昆明650034）摘要：本文主要介绍了RTK定位的误差来源及对实际测量工作的影响，着重从人为可控误差方面讨论了RTK定位精度的控制办法。关键词：RTK误差分析质量控制随着测绘科技的进步，基础地理信息数据的采集手段也在发生着翻天覆地的变化，GPS-RTK以其高精度并快速的测定地面的坐标、不受时间和空间的限制等特点，在测绘行业中得到越来越广泛的应用。1RTK的定位原理RTK的定位原理如下图所示：RTK实时相对定位原理图-2-RTK定位的标准模式是利用两台GPS接收机(一台为基准站，一台为流动站)进行同步观测所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值），基准站利用其无线电设备在一定距离内将差分改正数据(包括基准站坐标、基准站原始观测值或者改正数)实时传输给流动站，在流动用户接收机上进行基线解算，获取流动用户的实时未知点坐标。2影响RTK定位质量的因素2.1RTK测量误差的来源及分类误差源分类误差影响1误差影响2误差影响3与卫星有关的误差卫星星历误差卫星时钟误差地球自转影响、相对论效应与信号传播有关的误差电离层折射误差对流层折射误差多路径传播误差与接收机有关的误差接收机钟误差观测误差、接收机的标称精度天线相对中心的位置误差与基准站有关的误差基准站已知坐标误差基准站载波修改值误差基准站载波相位误差与无线数据链有关的误差差分信号调制解调误差外界环境干扰影响与流动站及其观测作业有关的误差RTK天线姿态误差坐标系统转换误差大地水准面差距内插误差其他GPS解算软件的解算精度等内业数据处理产生的误差2.2RTK测量误差对距离测量的影响误差来源对距离测量影响（m）[2]与卫星有关的误差1.5-15与信号传播有关的误差1.5-15与接收机有关的误差1.5-5其他有关的误差1.02.3求解坐标转换参数误差由于GPSRTK获得的是WGS-84坐标系中的坐标，而工程一般要求的是1980西安坐标、1954北京坐标（或者地方独立坐标），这就要求必须将WGS-84坐标转换为地方坐标；但在实际测量工作中选择进行参数转换的点存在点位误差较大或者控制网本身精度就低，对转换参数的准确性造成很大影响，直接影响RTK测量点位精度。3RTK定位精度控制办法分析3.1RTK测量误差削弱方法误差源分类削弱方法1削弱方法2削弱方法3与卫星有关的误差建立自己的卫星跟踪网独立定轨采用轨道改进法忽略轨道误差、同步观测求差与信号传播有关的误差利用电离层模型加利用双频观测、并选择合选择有利观测时段和合适站-3-以改正适的接收机天线址并利用两个观测站同步观测量求差与接收机有关的误差选择接收机软件和硬件质量较好的设备与基准站有关的误差基准站架设在高精度的已知点上整平天线、仔细对中可减少到±（1-3）mm与无线数据链有关的误差选择或调整调制解调器相关参数将误差率控制在最小范围RTK选用较高采样率；采用误差统计理论，进行误码定位和删除RTK作业尽量避开外界环境电磁波干扰，采集足够数量历元，用多余观测数据增加RTK数据链的抗差能力与流动站及其观测作业有关的误差在RTK作业时，应尽量在待定点上以静态或准动态方式置平对中杆，控制天线高度在1.5m以下[2]选择最优转换参数坐标系其他选择精度可靠的解算软件3.2控制网可靠性对RTK定位精度的影响在外业实地测量时，由于受地形、时间等外界因素的限制，往往忽略对控制网的可靠性的检测，一旦发现问题，很难找到问题或造成很大的损失。因此检查已知控制网的可靠性是必要的。特别是在控制网精度不高或带状地形时，就显得尤为必要。下面是一次控制网粗差对RTK定位精度的影响：点名RTK定位大地坐标BLHE4325.03521705799.1426492091695.8479E4425.03470825699.1429216351711.2981E4725.03573356599.1430310141683.9073BM2925.04529900799.0755437521701.3850BM3025.04479744299.0802678831701.4976利用以上5个控制点中的四个求解WGS84坐标与平面直角坐标转换的七参数，用另外的点做检核，结果如下：方案检核点名称检核残差△N(m)△E(m)E43、E44、E47、BM29BM300.3980.590E43、E44、E47、BM30BM290.3550.671E43、E47、BM29、BM30E440.4480.376E43、E44、BM29、BM30E470.2190.400E44、E47、BM29、BM30E430.0940.885E43、E44、BM29E470.1780.116E43、E44、BM30BM290.0610.7185…………根据以上数据可以初步判定此控制网精度不高，并存在很大的粗差点。如果在外业实时-4-采集时，测量误差在仪器标称精度范围内，可以判定已知点存在问题。如果不对以上数据进行优化组合，就会产生很大的误差甚至错误，对测量数据产生严重影响。在高精度测量时，剔除控制网粗差点和选择最优参数计算方案对提高RTK定位精度有很大帮助。检测控制网的可靠性可用以下办法：已知点检核比较法。即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,批量作业前用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。电台变频实时检测法。设置两个基准站,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计算结果,比较这些结果就可判断接收机的稳定性。边长和角度比较。借助全站仪实测进行边长、角度比较，也可以作为检查成果质量的方法之一。3.3基站及检校点位的选择对RTK定位精度的影响求解WGS84坐标与平面坐标之间的转换参数，其精度的高低直接影响到测量或放样等的点位精度。除有足够数量的已知控制点外，还要充分考虑测区、基站及已知控制点的位置关系，任意选择基站位置、任意选择检校点及不考虑测区位置，其做法都将影响RTK的定位精度和测量成果的可靠性。现以具体实例进行说明：本次数据为东西走向的带状地形，东西跨度约16公里。基站位置对RTK定位精度的影响点名基站在中间基站在一端真值残差1残差2NENENE△N△E△N△E012773390.491523907.1252773390.412523907.1442773390.54523907.101-0.0490.024-0.1280.04022773389.521523897.5412773389.506523897.5512773389.551523897.538-0.030.003-0.0450.01……………………………基站及检校点位对RTK定位精度的影响点名基站在中间基站在一端检校点在一端（方案1）检校点在两端（方案2）检校点在一端（方案3）检校点在两端（方案4）残差1残差2残差3残差4△N△E△N△E△N△E△N△E10.0410.039-0.0280.0120.109-0.7780.073-0.0472-0.0450.020-0.028-0.010-0.3810.103-0.1690.0533-0.021-0.0470.009-0.0120.060-0.3270.048-0.069-5-4-0.0440.028-0.004-0.0130.0620.0830.0240.0485-0.030-0.0390.013-0.015-0.185-0.3590.0910.07460.0340.048-0.021-0.0210.1350.2480.0680.17170.0480.0240.0420.0350.4950.5750.0420.0788-0.0280.0310.0240.0130.1550.635-0.045-0.06090.0200.0180.031-0.0390.2150.6950.065-0.08510-0.0470.0420.0180.0480.2750.1550.078-0.058110.013-0.025-0.0100.0240.3350.8150.052-0.06712-0.0390.035-0.0250.0310.3950.8750.093-0.062130.0320.028-0.0280.0180.4550.3350.0520.035140.0370.042-0.220-0.0100.5150.795-0.475-0.228150.0310.043-0.022-0.0090.2180.148-0.081-0.051160.0350.0480.018-0.028-0.1010.084-0.049-0.07717-0.028-0.037-0.011-0.005-0.6250.431-0.4680.07318-0.025-0.021-0.0110.005-0.1280.1180.0640.08819-0.047-0.028-0.025-0.012-0.537-0.301-0.1570.23420-0.037-0.0400.013-0.011-0.220-0.0650.1200.09121-0.0350.034-0.0290.0230.155-0.098-0.0470.080220.0340.0640.0190.042-0.128-0.4370.0530.24223-0.028-0.0310.020-0.025-0.3110.135-0.139-0.09524-0.0310.0350.0110.020-0.647-0.2280.3480.135250.030-0.0470.0180.0280.113-0.2110.0540.078260.0420.0530.0220.029-0.7390.4300.1610.09227-0.035-0.031-0.0250.0160.3480.6420.1800.430280.0350.0480.0310.0250.534-0.139-0.1000.060290.0280.0300.0200.0170.6400.4800.2400.130300.0420.0310.0120.018-0.4780.5240.110-0.290310.0430.0360.0280.0190.3200.6310.1800.248320.052-0.3800.031-0.012-0.4470.218-0.3100.084………………………依据以上数据，以残差值的分布情况统计不同方案对RTK定位精度的影响，如下图：残差统计01020304050600-33-66-99-1212-1515-1818残差值（cm）残差数（个）方案1方案2方案3方案4-6-通过以上数据可以看出，基准站在测区一端，检校点位也在一端，对测量将产生大的误差，甚至存在粗差很大的点，随着移动站与基准站距离的增加，误差会越来越大。所以基站、检校点位和测区位置三者必须协调统一，基准站位置的选择直接影响作业半径，同时检校点位的选择要尽可能覆盖整个测区。在实际测量工作中，必须全盘考虑，才可避免人为产生误差或错误。4结论在使用RTK测量过程中，有些误差可以采取一定的措施减弱或避免，有些很难去除。在实际工作中，我们可以采取以下措施减弱误差以提高RTK测量成果的精度：(1)WGS84与平面坐标转换参数精度的高低，直接关系到RTK定位的精度。在求解转换参数时，最好将测区内所有控制点（已知点）采用同等观测要求或重复观测的方法，尽量保证其精度和可靠性，然后对所有已知点进行组合优选，剔除粗差大的点，找到最优的组合方案进行参数计算，并将此参数应用于整个测区。(2)基准站的选择应考虑GPS的覆盖能力，布设在相对较高的位置，以获得最大的数据通信有效半径。可先在测区制高点上布设GPS控制点，作为今后的基准站。(3)在求解转换参数的时候，有已知点的大地坐标就直接键入手簿求解转换参数；若需要实地采集，在采集时对中杆应保持直立，采取多次观测取平均值来确定已知点的大地坐标，并选择电台模式