GPS-RTK测量方法研究与精度分析 - 图文(5)

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定位程序为：

（1）在保持用户站不动的情况下，静止观测若干历元，并将基准站上的观测数据实时传输给用户站，按照静态相对定位法求出整周未知数；

（2）将求出的整周未知数代入双差模型，由于此时双差只包括?X,?Y,?Z三个分量，所以只要4颗以上卫星的一个历元观测值，就可以实时地求出用户站的三个位置分量；

（3）将求出的?X,?Y,?Z坐标增加量加上已输入的基准站的WGS84地心坐标

Xi,Yi,Zi，即可求出此时用户站的地心坐标，利用已获得的坐标转换参数，再将用户站

的坐标转换成当地的空间直角坐标系；

（4）换算成实用的定位坐标成果。

（二）双差模型

求差模型可以消除或消弱多项GPS卫星观测误差，例如双差模型消除了卫星钟差、接收机钟差、消弱了卫星星历误差，大气折射误差，因此可以大大提高实时定位的精度。而在RTK测量中，关键是快速准确的求取整周未知数，它不但决定着定位成果的可靠性，决定了动态定位的速度及效率，而且决定了动态定位的方式，因此相当重要。

1、单差模型及其解算

所谓单差模型（SD）,是指不同观测站，同步观测相同卫星所得观测量之差。若在t1时刻在测站T1,T2同时对卫星P进行了载波相位观测，则观测方程为：

f?1p?t1??[?1p(t1)??I1p(t1)??T1p(t1)]?f?t1?f?tp?N1p(t0)?? （2-1） c

f?2p?t1??[?2p(t1)??I2p(t1)??T2p(t1)]?f?t2?f?tp?N2p(t0)??（2-2） c将以上两式求差得：

fpfpfpp?2p?t1???1p?t1???12(t1)?f?t12?N12(t0)??I12??T12 ??（2-3）

ccc

由以上可知，测站之间求差具有以下优点： （1）消除了卫星钟差的影响。 （2）大大消弱了卫星星历误差的影响。

（3）大大消弱了对流层和电离层折射误差的影响，在短距离几乎可以完全消除其

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影响。

2、双差模型及其解算

所谓双差模型（DD），即不同观测站，同步观测同一组卫星，所得单差观测量之差。设在1、2测站t1时刻同时观测了p、q两个卫星，那么对p、q两个卫星分别有单差模型（2-3）式，如果忽略大气折射残差的影响，可得双差方程：

fpqpqqppq??12???12(t1)???12(t1)??12(t1)?N12(t0)??（2-4） c

由此可以看出，双差模型中消除了接收机钟差。

不管是单差还是双差模型，包括三差模型，都是GPS观测量的线性组合，都是为了消除GPS测量时的诸多误差影响。RTK测量中，将三差模型解算得到的坐标变化量作为双差模型的一个处初值，从而解算出整周未知数。

经过双差模型解算后，我们得到了基线端点之间的相对增量，也就是说，RTK测量中点与点之间的相对位置关系准确。这是RTK测量方法灵活的关键，也是本设计研究不同RTK测量模式的测量精度的理论基础。

三、RTK测量的技术特点 （一）RTK测量的特点

1、工作效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可满足4km半径的测区的测量需求，相较于传统测量，其在很大程度上降低了测量工作所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，此外，移动站一般由一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，因此，提高了工作效率。

2、定位精度高：只要满足RTK的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km ）RTK的平面精度和高程精度都至少能达到厘米级，在很多情况下，其平面精度甚至能达到毫米级，完全能满足一般工程的精度要求。

3、全天候作业：所有GPS测量不要求相邻站点之间光学通视。RTK也是如此，其基准站、移动站之间只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。即便在传统测量看来难于开展作业的测区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位。

4、RTK测量系统自动化、集成化程度高，数据处理能力强：RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件系统，只需少量必需的人工干预便可自动实现多种测绘功能，

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使人为误差尽量减小，保证了作业精度。

5、操作简单，易于推广和使用：随着我国广大测绘市场的不断被重视以及我国测绘仪器厂商的不断努力，我们不仅有了国产的仪器，即使是进口仪器也一般都提供中文菜单，工作人员只需在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。数据输入、存储、处理、转换等都可自动完成，而且能方便地与计算机、其他测量仪器通信。

（二）RTK的作业模式

1.快速静态测量

快速静态测量模式，要求GPS接收机在每观测站上精致地进行观测。观测过程中，接收机同时接收来自基站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和观测站的三位坐标。如果解算结果趋于稳定，且精度已满足设计的要求，便可适时的结束观测工作。流动站的接收机在移动途中，可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪。其定位精度可达1～2cm。这种方法可应用于城市、矿山等区域的控制测量、图根测量和地籍测量等。

2.准动态测量

采用准动态测量模式，通常要求流动的接收机在观测工作开始之前，首先在某一起始点（一般为已知坐标的控制点）上静止地进行观测，以便进行初始化工作。初始化完成后，流动的接收机在每一观测站上，只需精致观测几个历元，并连同基准站传来的同步观测数据，快速、实时地解算出流动站的三维坐标。目前，其定位精度可达厘米级。

但这种方法要求接收机在观测过程中，保持对所观测测卫星的连续跟踪，一旦发生失锁，便需要进行初始化工作。

准动态实时测量模式，通常主要应用于地籍测量、碎部测量、路线测量和精度要求不高的工程放样等。

3.动态测量

动态测量模式，一般需要在某一起始点（一般为已知坐标的控制点）上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。初始化完成之后，运动的接收机按照预先设定的采样时间间隔（或者距离间隔）自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。目前，其定位精度也可达厘米级。

这种测量模式，仍需要求在观测过程中，保持对观测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，则需要重新进行初始化：对陆地上的运动目标来说，可以在卫星失锁的观测站上，静止地观测数分钟，以便重新初始化，也可以利用动态初始化（AROF）技术，重新初始化。而对海上和空中的运动目标来说，则只有应用AROF技术，才能重新完成初始化的工作。

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实时动态测量模式，在航空摄影测量、航空特探中采样点的实时定位、航道测量、道路中线测量、以及运动目标的精密导航等领域有其不可替代的作用。目前，实时动态测量系统，已在约30km的测区范围内，得到了成功的应用。随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，以及数据处理软件功能的增强，它的应用范围将会不断地扩大，其定位精度也将不断提高。

第三节 RTK误差来源及处理措施

一、RTK的误差来源

RTK 技术与 GPS 静态定位技术相比，一方面，RTK 实时动态测量更高效、更灵活。另一方面，RTK 实时动态定位系统结构和数据采集与处理技术工艺相对复杂。其中与流动站进行实时定位相关的误差，对 RTK 作业精度及可靠性产生直接影响。为此，有必要对流动站误差影响特性进行研究，以便更好地发挥 RTK 技术优势，为GPS 测量生产实践提供理论基础和技术指导。

RTK 测量误差主要来源有：与卫星有关的误差、与卫星信号的传播过程有关的误差及 RTK 接收设备有关的误差等。与卫星有关的误差主要包括：卫星历误差、卫星钟差、相对论效应；与卫星信号传播途径有关的误差主要是指，电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径效应；与接收设备有关的误差主要指：RTK 接收机钟差、RTK 天线相位中心偏差、通道间的延迟误差；此外地球自转、地球潮汐、软件模型误差等也是影响RTK 测量结果的误差源。通常上述误差绝大部分在 RTK 测量时，已通过模型改正或作业方式消除或者消弱，但一小部分误差不能通过模型改正或者作业方式消弱。鉴于RTK 作业方式的特殊性，测量时也会伴有特定的误差源；而且 RTK 测量时缺少必要的检核条件，测量成果的可靠性难以估测。就影响 RTK 测量的精度的主要因素可描述为以下几点：

(1)转换参数的影响?21?

由于 RTK 测量采用 WGS-84 坐标系统属地心坐标系，而我国现阶段大多数采用的1954 北京坐标系、1980 国家大地坐标系、以及各地方坐标系统等都属参心坐标系，高程基准则为 1956 年青岛黄海高程系、1985 国家高程基准，这就要求采用 RTK 测量时必需求取转换参数，以便将 WGS-84 坐标转换到地方坐标。由此说明求取转换参数是 RTK 测量的关键所在，转换参数精度是影响 RTK 测量精度的关键因素。

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(2)RTK 测量转换点（控制点）的控制区域

因为RTK测量精度随着基准站与流动站之间的距离增加而增大，所以RTK测量作业范围受流动站与基准站之间距离的约束，一般应在转换控制点的控制区域内作业。

(3)卫星信号的影响

卫星信号的接收是GPS定位的基础。RTK 测量求基准站和流动站的天线能同时接收到5 或 5 颗以上相同的卫星信号，才能保证定位工作的要求。

(4)RTK 基准站与流动站数据链的质量

因为 RTK 测量时要求基准站实时地把观测数据和基准站数据通过无线电发射传输给流动站，所以无线电信号的高质量传输才能保证RTK测量工作的圆满完成。

(5)流动站方式影响

流动站一般有对中杆和三脚架两种方式。不同的架设方式下 RTK 测量的对中整平误差是有着极大的区别，而反应在定位精度上面就是不同的定位等级。因此，对精度要求较高的测量作业应该注意天线假设方式。

(6)电源的影响

RTK基准站一般通过电台将数据传输给流动站，而电台的功率大小直接受到给电台提供电力的电源影响。在测量的过程中若不能获得到持续稳定的工作电压，不仅影响卫星信号和无线电数据的接收，有时会产生不可靠的测量数据，甚至可能无法开展 RTK 测量。

(7)GPS 系统本身的影响因素

GPS 系统本身的影响因素包括，卫星星数、卫星图形、大气状况等。 (8)RTK 系统的影响

RTK 系统的优越性一方面体现在测量时的精度，另一方面则体现在测量成果的可靠性。主要影响因素有数据传输链、天线型号及处理软件。

(9)观测者的技术和经验

RTK 实践证明，观测者的专业水平和经验对成果的精度和可靠性影响很大。 (10)大地水准面差距内插误差?22?

二、影响因素处理措施

RTK 测量误差大部分在测量过程中已经由RTK测量系统自带的软件利用一定的模型

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