GPS-RTK测量方法研究与精度分析 - 图文(6)

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消除或消弱了，但有些误差必需采取一定的措施。RTK测量误差处理主要包括以下几方面：

（1）转换参数影响误差的处理

①参与求取转换参数的已知公共点所能控制区域的确定。同一测区，选择分布位置的不同和不同精度等级的已知公共点，求取的转换参数是有差异的，在选取公共点时，一方面要求选取的点尽量是测区内精度最高的点，另一方面则要求参与求取转换参数的公共点在测区内均匀分布。

②求取转换参数方法的选择。RTK 转换参数求解有七参数法、四参数法、一步法和两步法等。七参数法为三维转换，是将 WGS-84 坐标转换到地方椭球上，采用地图投影得出格网坐标，方法严密，能保证RTK 观测值精度稳定，可满足长距离测量的需要，但必须有椭球参数和地方地图投影的完整资料。一步法是平面位置二维转换加高程内插，可直接把 WGS-84 坐标转换成地方坐标，在距离不远、控制资料不全和精度要求低的情况下使用。两步法也是对椭球参数和地方地图投影资料有要求。而针对小区域内的 RTK 测量坐标转换参数目前都采用四参数求解，但精度有时不是很高。

③已知公共点的 WGS-84 坐标获取方式。参与转换的已知公共点的 WGS-84 坐标，可采用静态测量方式通过网平差得出，也可采用在基准站进行单点定位得出基准站的WGS-84 坐标，还可用流动站直接测出已知公共点的 WGS-84 坐标。而通过不同方式得出的已知公共点的 WGS-84 坐标对求解转换参数和 RTK 测量精度的影响不经相同。RTK测量时，基准站的 WGS-84 坐标必须与求解转换参数时 WGS-84 坐标的获取相一致，否则就会产生系统误差，获得的成果整体出错。

④小区域最优转换参数的确定。一般利用已知的三个公共点进行转换参数求解。实践表明，所得到的三维坐标精度难以达到理想效果，应该结合所有已知公共点资料求取一套适合本区域的最优转换参数。即利用所有点参与参数转换求解，逐步剔除转换后残差较大的点，直到残差符合精度要求时所确定的转换点所求的转换参数认为是本区域的最优转换参数。

(2)卫星信号影响误差的处理

由于卫星是绕着地球公转的空间动态载体，RTK 在测量时所获得的卫星信号是实时动态瞬间描述。一般当观测到的卫星数量和卫星网型较好时，RTK 的初始化用时短，成果精度高；反之，则初始化用时长，成果精度差，还有可能达不到固定解。此外，卫星信号被接受时要穿过电离层、对流层会造成延时，还可能信号受到干扰、中断等影响导致信号失锁和结果整体偏移、数据不正常等“纳伪”现象。针对这种情况在实际测量中

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尽可能多点实验确保初始化正确无误，也可采用一定的误差修正模型予以改正。

(3)RTK 基准站与流动站数据通讯问题的处理

RTK 测量过程中无线电的数据链信号是通过无线电发送的，易受电磁波干扰和障碍物阻挡，使得 RTK 测量结果的可靠性受到影响，实际操作过程中应尽量避免。

(4)流动站测量方式误差的处理

流动站的的测量方式有两种：一是对中杆测量，天线难固定，精度变化大；二是三脚架测量，过程繁琐、精度相对稳定。根据具体的测量需要可进行选择，本文因是对RTK 定位精度的研究，故严格采用三脚架架设。

(5) RTK 系统误差的处理

RTK 系统的误差主要有三种：一是天线相位中心间的物理偏差，二是天线相位中心的变化。当 RTK 测量时基准站与移动站采用一个型号天线时，这两种误差通过双差模型解算时可以消除。若基准站和移动站采用不同型号天线时，会致使 RTK 测量结果的精度降低，有时可以影响到整周模糊度的解算。三是 RTK 整周模糊度解算的可靠性，伴随着更多的整周模糊度解算方法的出现，其各自的优缺点也在实际运用中体现。而不同的 RTK 所采取的的解算方法又是各不相同，这就造成对观测值的采集环境的要求不同。得出的测量成果也自然有差异。例如，卫星数、PDOP 值等。

(6)观测者技术与经验误差的处理

采用技术经验相对丰富观测者操作，而对流动站架设可用脚架基座安装。

第四节 RTK定位技术类型及应用前景

一、常规RTK

常规RTK就是实时动态定位。利用GPS载波相位观测值实现厘米级的实时动态定位就是GPS RTK技术。常规RTK极大地方便了需要动态高精度服务的用户，但在实际应用中存在着以下几方面的制约。

1.测量范围

由于差分技术的前提是求差的两个侧站上的观测值误差影响具有物理或几何相关特性，这样，时钟误差、轨道误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差等误差源可以通过差分法消除或大大削弱。而要达到1～3cm级时（单历元求解）定位的要求，用户站

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和参考站的距离需小于10km。随着基线长度的增长（如大于50km），以上误差的相关性大大降低，以致求差后残余误差很大，导致整周模糊度参数无法固定，基线精度一般就只能达到分米级。

2.通讯数据链

常规RTK的数据传输多采用超高频UHF、甚高频VHF播发RTCM差分改正数，由于UHF和VHF的衍射性能差，而且都是站间直线传播，这就要求站间的天线必须“准光学通视”，所以在丘陵和山区实施RTK作业很不方便。当然，常规RTK现在也可以采用GPRS/CDMA等无线网络接入方法，通过Internet传输RTCM信息。

3.其他限制

测量过程中，需要不断设置和更换参考站。

常规RTK的限制给中长距离用户和某些特殊要求的用户带来了不便，为了解决常规RTK定位存在的以上问题，网络RTK（Network RTK）应运而生。

二、网络RTK原理及分析对比 （一）网络RTK的基本原理

它的基本原理是在一个较大的区域内稀疏地、较均匀地布设多个基准站, 构成一个基准站网, 那么我们就能借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS 中的基本原理和方法来设法消除或削弱各种系统误差的影响, 获得高精度的定位结果。

网络RTK是由基准站网，数据处理中心和数据通信线路组成的。基准站上应配备双频全波长GPS接收机，该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站的站坐标应精确已知，其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定。此外，这些站还应配备数据通信设备及气象仪器等。基准站应按规定的采样率进行连续观测，并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标(可据伪距法单点定位求得)判断出该站位于由哪三个基准站所组成的三角形内。然后根据这三个基准站的观测资料求出流动站处所受到的系统误差, 并播发给流动用户来进行修正以获得精确的结果。有必要时可将上述过程迭代一次。基准站与数据处理中心间的数据通信可采用数字数据网DON或无线通信等方法进行。流动站和数据处理中心间的双向数据通信则可通过移动电活GSM等方式进行。

（二）常用的网络RTK技术

1.虚拟参考站VRS 技术

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VRS 的定位原理是处理中心实时接收网络内各参考站观测数据和流动站的概略坐标。然后，在该坐标处生成一个虚拟参考站，并对该虚拟参考站位置的对流层延迟、电离层延迟等空间距离相关误差进行建模，生成VRS 虚拟观测值，再将标准原始观测值或者改正数发送给流动站，从而实现高精度实时定位。下面以图1 为例说明VRS 定位的数学模型。A、B、C、D 表示四个基准站，i，j 表示同步观测的两颗GPS 卫星，P 为虚拟参考站，u 为流动站。

图2-2 网络RTK测量原理

与传统RTK 技术相比,VRS 技术具有如下特点:(1) 精度更高,可靠性更强; (2)费用大幅度降低, 覆盖范围广;(3)在VRS 网络范围内,不再受距离的限制; (4)不需要架设基准站,可以实现单人作业。

2.区域改正数广播FKP 技术

FKP 的基本原理是：主控站接收各参考站的实时同步观测数据进行整个精度控制区域的非差分误差建模(一般使用线性多项式面模拟整个区域)，生成区域控制参数发送给用户站联合求解实时坐标。其基本电文格式为Type 59 专用电文。

3.改进的FKP-主辅站MAC 技术

MAC技术是目前唯一由RTCM委员会公开的面向网络RTK 的差分改正数发布标准（RTCM3.1 格式），其改正数服务称为MAX 服务?23?。但由于其目前并未被国际厂商所接受和支持，Leica 公司为支持RTCM2.3-3.0用户提出了个性化主辅站iMax。虽然MAX 和

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iMax 吸取了FKP 和VRS 在数据处理及格式标准化等方面的部分优点，代表了网络RTK 未来发展的方向?24?，但由于刚一问世，目前仍处于不断测试及完善阶段，离实际应用尚有巨大差距。MAC 技术也是各参考站向处理中心发送原始数据，再由处理中心解算后播发改正信息给用户。不同的是：它使用的是单差散射和非散射相位改正数形成压缩的差分信息。其改正模型由流动站设备自定义。

4. CBI 技术

CBI 是一种空间相关误差区域建模技术并不完全是网络RTK，已应用于深圳连续运行参考站网络。CBI技术是根据双差组合的优点，在基站计算改正信息时，没必要将电离层延迟、对流层延迟等误差都进行区分并单独计算出来，也没必要将由各基站所得到的改正信息都发给用户。而是由处理中心统一集中所有基站观测数据，选择、计算和播发用户的综合误差改正信息。该技术利用卫星定位误差的相关性计算基站上的综合误差，并内插出用户站的综合误差。实验表明，在电离层变化较大的时间段和区域内，应用CBI 技术较有优势。

5.ARS-增强VRS 技术方案

ARS 的独特之处是对基站网络的观测数据进行融合，传输融合后的数据参与流动站上的差分定位，实现多基线解。ARS 观测值是每个参考站的改正数的加权平均值，因此，ARS 观测值的变化率很小。与VRS不同之处是[25]：ARS 选择了附近的n 个参考站（一般是4-6 个）共同构成改正数，而VRS 只选择了其中最近一个站形成改正数，故ARS 的定位精度从理论上将比VRS 高，且如果n 个中有s 个同时发生故障，那么仍有n-s 个可用，不用重新进行初始化，其可靠性比VRS 好。

三、基于CORS系统的网络RTK的应用前景 （一）定位信息服务

1.毫米级精度定位可用于地表及高层建筑物的形变监测。

2.厘米级精度的定位信息可用于快速建立测量控制网，测图及施工控制等。 3.分米级精度服务主要用于城市基础地理信息的动态更新，资源普查，通信、电力、石油、化工、林业、精细农业、土地平整等方面。

4.米级精度的定位信息可用于地面交通监控（车、船行程管理与导航）、空中交通监控（飞机起飞与着陆）、智能交通决策、公共安全（110、120、119等特种车辆监控与事态应急等），同时还为各行各业提供导航服务。

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