利用RTK进行工程测量的误差分析

　　摘要：本论文主要从RTK系统原理及构成出发，分析了各项测量误差的来源，通过对RTK观测方法及精度分析，总结出提高精度的保障方案。

　　关键词：RTK;误差分析;精度分析;观测方法，精度保障;

　　全球定位系统(Global Positioning System)是由美国国防部联合美国海、陆、空三军为满足其军事导航定位而建立的无线电导航定位系统。该系统由24颗卫星组成，由于GPS具有实时提供三维坐标的能力，因此在民用、商业、科学研究上也得到了广泛应用。

　　RTK(Real Time kinematic)是GPS发展的最新成果，它弥补GPS原有的不足之处，它不仅具有GPS原有的全天候、高精度、无须光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果，是测量方法的又一次突破。

　　RTK(Real Time Kinematic)实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成。

　　在基准站上安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。

　　RTK(Real - time kinematic)实时动态差分法的出现是工程放样、地形测图以及各种控制测量的一次技术革命，极大地提高了作业效率。但是，在具体应用的过程中也会出现一些误差，需要予以调整控制。

　　一、 RTK基本原理及构成

　　RTK测量技术的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在用户站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电传输设备,接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。这样通过实时计算的定位结果, 便可监测基准站与用户站观测结果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功, 以减少冗余观测, 缩短观测时

　　RTK测量系统的构成主要包括GPS接收设备、数据传输系统和软件系统三部分。

　　GPS接收设备。只少包含两台接收机，分别安装在基准站和用户站上。

　　数据传输系统。数据传输系统也称数据链, 由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成。

　　软件系统。支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。

　　二、 RTK的误差来源和测量精度

　　RTK定位的误差，一般分为两类:一类是同仪器和干扰有关的误差。同仪器和干扰有关的误差:包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素;另一类是同距离有关的误差:包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以RTK的有效作业半径是有限制的(一般为几公里)。同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。

　　1、同仪器和干扰有关的误差

　　天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3~5cm。因此，若要提高RTK测量的定位精度，必须进行天线检验校正。

　　多路径误：多路径误差是RTK测量中最严重的误差，其大小取决于天线周围的环境，一般为几厘米，高反射环境下可超过lOcm。多路径误差可通过选择地形开阔、不具反射面的点位、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线、基准站附近铺设吸收电波的材料等措施予以削弱。

　　信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200米，离高压线应超过50米。

　　气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到1-2dm。因此，在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。

　　2、同距离有关的误差

　　轨道误差：目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1×10 ，就短基线(

　　电离层误差：电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的5倍，冬季为夏季的5倍，太阳黑子活动最强时为最弱时的4倍。利用下列方法可使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响：利用两个以上观测站同步观测量求差(短基线);利用电离层模型加以改正。实际上RTK技术一般都考虑了上述因素和办法。但在太阳黑子爆发期内，不但RTK测量无法进行，即使静态GPS测量也会受到严重影响。太阳黑子平静期，其误差一般小于5×10 。

　　对流层误差。对流层是高度为40km以下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时也使传播的路径发生弯曲，从而使距离测量产生偏差，这种现象叫做对流层折射。对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向其影响约为2.3m;当在地面方向其影响可达20m。

　　为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施:

　　1、点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于15°(如可以选在最高建筑物的顶楼)。

　　2、点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站、微波通道等)，其距离不小于200 m;远离高压电线，距离不小于50m 。

　　3、点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

　　4、点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。

　　5、点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。

　　除此之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各种误差带来的影响。

　　参考文献

　　[1]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

　　[2]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M]. 武汉：武汉大学出版社，2003.

　　[3]汪胜国.地籍测量中的RTK技术和其他技术[J].岩土工程技术，2004,4(10):1-5.