摘要:GPS-RTK定位技術(shù),因其直觀快捷、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、點(diǎn)位誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)在測(cè)繪生產(chǎn)中得到了普遍的使用。本文主要探討了GPS-RTK定位技術(shù)的測(cè)量精度及影響測(cè)量精度的幾大因素。 
關(guān)鍵詞:GPS-RTK;測(cè)量精度;影響因素 
  一、GPS-RTK測(cè)量的原理及觀測(cè)方法 
  動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測(cè)量是以基準(zhǔn)站為中心,其它流動(dòng)站(或稱為移動(dòng)站)相對(duì)基準(zhǔn)站的相對(duì)定位。GPS使用的是WGS-84坐標(biāo)系,而生產(chǎn)中往往使用的是國(guó)家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系(以下簡(jiǎn)稱測(cè)區(qū)坐標(biāo)系)。因?yàn)樽鴺?biāo)系的不同,必須先求其轉(zhuǎn)化參數(shù),才能得到所需坐標(biāo)系的坐標(biāo)。測(cè)量時(shí),基準(zhǔn)站的一系列數(shù)據(jù)為已知數(shù)據(jù),基準(zhǔn)站和各流動(dòng)站同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),觀測(cè)后基準(zhǔn)站及時(shí)把所觀測(cè)的信息及已知數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電波分別傳送至各流動(dòng)站,各流動(dòng)站在收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí),迅速進(jìn)行基線解算、平差、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換,最后顯示所測(cè)點(diǎn)的測(cè)區(qū)坐標(biāo)。應(yīng)用這一原理,GPS-RTK可以及時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)得每一待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。 
  GPS-RTK測(cè)量首先要通過(guò)4個(gè)以上點(diǎn)的WGS2-84坐標(biāo)和測(cè)區(qū)坐標(biāo)系坐標(biāo),計(jì)算本測(cè)區(qū)的各項(xiàng)轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換參數(shù)直接關(guān)系到測(cè)量成果的準(zhǔn)確性。因此,計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)。然后,選擇基準(zhǔn)站的架設(shè)位置,基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在測(cè)區(qū)中央周圍無(wú)遮擋物的已知點(diǎn)上,此時(shí),即可啟動(dòng)基準(zhǔn)站開(kāi)始測(cè)量。流動(dòng)站到達(dá)待測(cè)點(diǎn)后開(kāi)機(jī),等待接收機(jī)初始化,初始化完成后,即開(kāi)始測(cè)量。接收機(jī)接收到所設(shè)定的歷元數(shù)后,這一點(diǎn)的測(cè)量過(guò)程即完成,顯示該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。其它各點(diǎn)的測(cè)量重復(fù)進(jìn)行即可,直至所有點(diǎn)觀測(cè)完成。 
  二、GPS-RTK測(cè)量精度分析 
  GPS-RTK測(cè)量平面和高程精度統(tǒng)計(jì): 
 。1)在某工程中GPS-RTK測(cè)量成果與已知點(diǎn)成果比較:(單位:m)見(jiàn)表1 
 。2)不同基站或不同時(shí)段重復(fù)測(cè)量成果比較表: 
  其中最大值為6.1cm,點(diǎn)位較差中誤差:M�S=0.028/-0.028。 
  (3)通視點(diǎn)間坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)與全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)比較表: 
  其中最大值為5.4cm,邊長(zhǎng)中誤差:Ms=0.018/-0.018。 
  (4)GPS-RTK測(cè)量高程與四等水準(zhǔn)高程較差表: 
  其中最大值5.8cm,高程較差中誤差:Mh=0.014/-0.014。 
  從以上各表可以得出:GPS-RTK測(cè)量成果與已知點(diǎn)的比較,點(diǎn)位中誤差為0.028/-0.028,重復(fù)測(cè)量較差全部在7.25cm內(nèi),較差中誤差為2.4cm/-2.4cm,故GPS-RTK測(cè)量成果能夠達(dá)到最弱點(diǎn)位誤差土5cm/-5cm的精度要求;反算邊長(zhǎng)與全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)90%在2cm之內(nèi),邊長(zhǎng)中誤差為1.8cm/-1.8cm;GPS-RTK測(cè)量高程與四等水準(zhǔn)高程較差中誤差為1.4cm/-1.4cm。 
  三、影響GPS-RTK測(cè)量的精度的因素 
  1轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響 
  計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)所選擇的點(diǎn)要均勻分布于測(cè)區(qū)四周,并且要多選擇幾組進(jìn)行計(jì)算分析,避免出現(xiàn)粗差和錯(cuò)誤合理選擇控制網(wǎng)中已知的WGS-84和北京54坐標(biāo)(或地方獨(dú)立坐標(biāo))以及高程的公共點(diǎn),求解轉(zhuǎn)換參數(shù),為RTK測(cè)量作好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。 
  (1)要選測(cè)區(qū)四周及中心的控制點(diǎn),均勻分布。為提高轉(zhuǎn)化精度,最好選3個(gè)以上的公共點(diǎn),利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。 
  (2)在GPS-RTK作業(yè)前,一般情況下已布好本區(qū)GPS基礎(chǔ)控制,根據(jù)內(nèi)業(yè)計(jì)算得到各個(gè)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和當(dāng)?shù)刈鴺?biāo),在內(nèi)業(yè)計(jì)算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),直接將參數(shù)輸人RTK控制手簿,這種方法算得的參數(shù)較準(zhǔn)確。 
  (3)在有國(guó)家控制點(diǎn)高斯坐標(biāo)無(wú)GPS控制資料的情況下,可以利用流動(dòng)站在控制點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)進(jìn)行WGS-84定位測(cè)量,觀測(cè)時(shí)間不少于5min,當(dāng)不少于三點(diǎn)測(cè)量完成后,即可利用控制手簿解算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),并利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS-84坐標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)。2、測(cè)量作業(yè)的控制區(qū)域的影響 
  測(cè)量作業(yè)范圍受轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的約束,一般應(yīng)在轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的控制圓區(qū)域內(nèi)作業(yè),否則測(cè)量精度就大受影響。 
  3、衛(wèi)星信號(hào)的影響 
  GPS是通過(guò)衛(wèi)星來(lái)定位的,衛(wèi)星信號(hào)的接收是GPS定位的基礎(chǔ)。由于衛(wèi)星分布隨時(shí)間變化而變化,不同時(shí)段衛(wèi)星數(shù)量和位置都不同。在衛(wèi)星數(shù)量較多和位置圖形較佳時(shí),天線接收信號(hào)較好,初始化時(shí)間就短,精度較高;反之,即使天空中有足夠的衛(wèi)星,但由于基準(zhǔn)站和流動(dòng)站沒(méi)能同時(shí)接收到足夠的衛(wèi)星信號(hào),使初始化時(shí)間很長(zhǎng),測(cè)量精度很差,甚至不能解算出固定解。同時(shí),由于基準(zhǔn)站或流動(dòng)站選擇位置不當(dāng),會(huì)使部分衛(wèi)星信號(hào)被高樓等建筑物阻擋,出現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)量不足;或衛(wèi)星信號(hào)被周圍物體反射再接收而產(chǎn)生“多路徑效應(yīng)”,使測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤。 
  4、GPS-RTK主要儀器設(shè)備的影響 
  (1)基準(zhǔn)站的影響 
  基準(zhǔn)站設(shè)置不在測(cè)區(qū)中央,周圍有干擾衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線電波發(fā)射的物體存在等,這些將直接影響觀測(cè)成果的精度。 
 、僭O(shè)站時(shí)要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)。一般為8顆,如果太多,則影響作業(yè)距離;太少,則影響RTK初始化和PDOP值。 
 、谌绻皇褂闷邊(shù),則在設(shè)置基準(zhǔn)站時(shí)要使WGS-84坐標(biāo)系處于關(guān)閉狀態(tài);如果使用七參數(shù),則△X、△Y、△Z絕對(duì)值都小于100m較好,否則重新評(píng)估檢查起算點(diǎn)。 
 、蹫楸苊舛啻问止ぽ斎牖鶞(zhǔn)站坐標(biāo)產(chǎn)生的錯(cuò)誤,基準(zhǔn)站坐標(biāo)要在室內(nèi)盡量上傳到內(nèi)存卡,野外設(shè)站時(shí)直接從內(nèi)存卡中調(diào)出坐標(biāo)即可,遠(yuǎn)離高壓線。 
 。2)RTK流動(dòng)站方式影響 
  流動(dòng)站一般有對(duì)中桿和三腳架兩種方式。使用對(duì)中桿方便,但天線不固定,精度起伏大;使用三腳架稍繁瑣,但精度穩(wěn)定。 
 。3)電源的影響 
  如果電量不足,不但影響衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)線電數(shù)據(jù)的接收,產(chǎn)生不可靠的坐標(biāo)數(shù)據(jù),甚至可能無(wú)法開(kāi)展RTK測(cè)量。當(dāng)對(duì)某個(gè)量進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)。這些測(cè)量值之間往往存在一些差異。 
  四、提高RTK作業(yè)精度的方法及應(yīng)用 
 。1)正確設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)參數(shù) 
  RTK作業(yè)前,依據(jù)本測(cè)區(qū)控制資料的參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,包括橢球參數(shù)、中央子午線和投影高。對(duì)采用國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)區(qū)來(lái)說(shuō),采用單點(diǎn)校正模式并設(shè)置投影高,其定位精度可以達(dá)到5cm以內(nèi),能滿足大部分測(cè)繪工作的精度需求。 
  (2)選擇理想地架設(shè)基準(zhǔn)站 
  基準(zhǔn)站應(yīng)選擇在視野開(kāi)闊、仰角15度范圍內(nèi)沒(méi)有阻擋衛(wèi)星信號(hào)的障礙物、應(yīng)避免鄰近有大面積的平靜水域、周圍無(wú)大功率電塔及通信設(shè)備的測(cè)區(qū)相對(duì)高處;鶞(zhǔn)站應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中整平,儀器高采用鋼卷尺在儀器的三個(gè)方向上量取三次取平均值后使用;且發(fā)射天線與GPS接收機(jī)天線不應(yīng)相距太近,最好在3米以上。 
 、俦M量選擇再開(kāi)闊的地方設(shè)站,凈空狀況良好。截止高度角應(yīng)超過(guò)15度;盡量避開(kāi)信號(hào)反射物(大面積水域、大型建筑物,強(qiáng)反射路面等),以減少多路徑效應(yīng)的十?dāng)_。要遠(yuǎn)離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200m外,要遠(yuǎn)離高壓輸電線路、通信線路50m外。 
 、陔娕_(tái)天線要盡量高。如果距離較遠(yuǎn),要使用增高天線。電源電量要充足,否則會(huì)影響作業(yè)距離。 
 。3)合理利用移動(dòng)站不同的解算精度 
  確保移動(dòng)站標(biāo)桿立直是提高定位精度的重要途徑,對(duì)于圖根點(diǎn)測(cè)量應(yīng)架設(shè)腳架以提高測(cè)量精度。同時(shí)移動(dòng)站解算的不同狀態(tài)體現(xiàn)了不同的精度范圍,合理使用可達(dá)到事半功倍的效果。 
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