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1.1概述 GPS定位在測量中有很大的應(yīng)用潛力,。近年來,GPS接收機(jī)的小型化,、小功耗給其應(yīng)用于測量提供了有利的條件。在軟件方面,GPS的基線解算,、平差也有了很大的發(fā)展,這些都促使GPS在測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。尤其近幾年,動(dòng)態(tài)GPS(RTK)的出現(xiàn),使測量工程縮短了工期,降低了成本,減少了人員的投入,這些方面充分體現(xiàn)了GPS技術(shù)較常規(guī)技術(shù)的優(yōu)越性,。 盡管動(dòng)態(tài)GPS(RTK)的出現(xiàn),使觀測時(shí)間縮短,人員投入減少,并且不受網(wǎng)形和通視等條件的影響,提高了工作效率,。但是,動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量沒有靜態(tài)GPS測量的同步環(huán),、異步環(huán)及附合線路等約束條件,它是以基準(zhǔn)站為中心呈放射狀,以支點(diǎn)形式分布的散點(diǎn),從而無法直接衡量其觀測精度。因此,作為新生事物的動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量在實(shí)際生產(chǎn)中的精度成為測量界關(guān)注的重點(diǎn),。 為了探求動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量的精度,我分析和研究了動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量的各種資料及其觀測方法,同時(shí)對其進(jìn)行了實(shí)測對比和研究,。通過一系列的研究,對動(dòng)態(tài)GPS(RTK)測量的精度有了一定的認(rèn)識,進(jìn)一步提高了觀測精度和工作效率。 1.2 RTK技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 現(xiàn)階段的RTK技術(shù)主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面,，很多的應(yīng)用都屬于嘗試性的,，有待于更進(jìn)一步的研究探討 1.2.1施工放樣 自從GPS差分定位技術(shù)出現(xiàn)以后，就有了針對施工放樣的測量方法,。GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測量的實(shí)時(shí)性正是針對施工放樣而設(shè)計(jì)的,，RTK技術(shù)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測量的進(jìn)一步發(fā)展，它的服務(wù)對象仍然是工程施工放樣,。RTK技術(shù)的出現(xiàn),，使得GPS測量的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。 近年來,，RTK測量在道路施工中的應(yīng)用越來越廣,，不僅用于道路中線及邊線的施工放樣，同時(shí)還用于挖填土方的測量,，并且取得了良好的效果,。 在各類管線放樣施工中，RTK技術(shù)也表現(xiàn)出其絕對優(yōu)勢,，如在國家重點(diǎn)工程“西氣東輸”工程中,，RTK測量表現(xiàn)出了無與倫比的優(yōu)越性；在環(huán)渤海石油開發(fā)中,，海底電纜及石油天然氣輸送管線的鋪設(shè)也都采用了RTK放樣方法,。在送變電線路放樣及城市供水管道施工放樣中的應(yīng)用也已經(jīng)取得了良好的效果。 1.2.2實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位 GPS最初的應(yīng)用是飛機(jī),、船舶的導(dǎo)航,，隨著實(shí)時(shí)定位技術(shù)的不斷發(fā)展，定位精度逐步提高,，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大,。目前主要為航空攝影測量、水底地形測量提供導(dǎo)航定位服務(wù),，在航空攝影測量中,，RTK技術(shù)為攝影載體確定瞬時(shí)位置信息，而在水底地形測量中,，主要是結(jié)合測深設(shè)備如數(shù)字測深儀,、多波束水下測量超聲儀、聲納多普勒定位儀等，間接測量水底某點(diǎn)位置,。 1.2.3圖根控制點(diǎn)布設(shè) 各類研究報(bào)告顯示,，RTK測量精度與常規(guī)測量的I級導(dǎo)線、IV等水準(zhǔn)相當(dāng),，可以滿足各類測量的圖根控制精度要求,。GPS-RTK測量以其精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)在各行業(yè)的測量工作中與常規(guī)方法結(jié)合得到了迅速的推廣,。由于RTK測量可以實(shí)時(shí)提供坐標(biāo),，無須進(jìn)行室內(nèi)計(jì)算，可以即測即用,，各點(diǎn)之間不用通視,，誤差不積累等特點(diǎn)，深受廣大測繪工作者喜愛,。 具體做法是在待測碎部點(diǎn)附近較為開闊并且與碎部點(diǎn)通視的地方,，以RTK方法測定兩個(gè)以上控制點(diǎn)，在其中的仟意點(diǎn)上架設(shè)全站儀,，測量碎部點(diǎn)的坐標(biāo)位置,。這種方法便捷迅速，精度可靠,，己得到廣泛應(yīng)用,。 1.2.4碎步點(diǎn)測量 由于GPS測量自身的局限性，一直制約著其在碎布點(diǎn)測量中的應(yīng)用特別是在城區(qū)等對GPS信號遮擋嚴(yán)重的地方,。但在一般地區(qū),，已經(jīng)顯示出RTK地形地籍圖測繪的明顯優(yōu)勢，對于比較低矮的建筑及其它一些地形特征點(diǎn)可以直接立桿測定,，特別是在地籍測繪中,，土地界址權(quán)屬的測量劃分，已經(jīng)得到各界人士充分地肯定,。 由于RTK測量的誤差都是相對于參考站產(chǎn)生的,，獨(dú)立的兩個(gè)RTK之間沒有誤差傳播，RTK測量己經(jīng)達(dá)到厘米級精度,，但兩點(diǎn)之間的方位精度遠(yuǎn)沒有常規(guī)測量方法精度高,，對于精度要求較高的測量來說還不太實(shí)用。 1.2.5變形監(jiān)測 作為一種新方法,，近幾年國內(nèi)外許多學(xué)者開展了卓有成效的GPS動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)與測試工作,，將GPS測量技術(shù)應(yīng)用于變形檢測。在早期的試驗(yàn)中,，一般都采用了后處理差分方法實(shí)現(xiàn)的,，例如,，加拿大卡爾加里塔在受風(fēng)載作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變形測量、深圳帝王大廈GPS風(fēng)載振動(dòng)測量,、武漢長江二橋GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測試驗(yàn)等,。 隨著GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展，RTK技術(shù)也逐步應(yīng)用于橋梁及大型構(gòu)筑物的變形監(jiān)測,。 英國利用GPS-RTK技術(shù)對位于亨伯河口的亨伯大橋進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作，監(jiān)測大橋中央位置在橋的各軸線方向的位移以及橋塔在東南,、西北和垂直方向上的位移,。日本明石的凱約大橋也安裝了先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)，保證交通安全和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,。 第二章 RTK技術(shù)的原理及特點(diǎn) 2.1 RTK的測量原理 RTK是根據(jù)GPS的相對定位概念,，將一臺(tái)接收機(jī)放在已知點(diǎn)上（稱為基準(zhǔn)站），另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)放在新點(diǎn)上（稱為移動(dòng)站）,，同步采集相同衛(wèi)星的信號,，見圖1。將這些觀測值進(jìn)行差分,，可削弱和消除軌道誤差,、鐘差、大氣誤差等的影響,，實(shí)時(shí)定位精度能大大提高,。 RTK采用載波相位觀測值，能直接導(dǎo)出衛(wèi)星和天線之間的總波長數(shù),，并能解算模糊值,。在通常的GPS測量中，需要將兩點(diǎn)之間的觀測值進(jìn)行后處理才能求出總波長數(shù)和模糊值,。在RTK中,，基準(zhǔn)站的觀測值是通過無線電數(shù)據(jù)鏈播發(fā)給移動(dòng)站進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。由于近年來研究出實(shí)時(shí)解算模糊值的算法（簡稱為“途中”解算,，或稱為OTF）,，使RTK成為可能。這些求模糊值的算法能在接收機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中解算模糊值,。實(shí)時(shí)解算模糊值比后處理解算模糊值更難,、更復(fù)雜。因?yàn)橹荒芾脦讉€(gè)歷元的數(shù)據(jù)快速解算模糊值,。 目前,，在正常條件下，用RTK解算模糊值只需要10—60 s的觀測值,。一旦求出模糊值時(shí),，即可開始RTK測量。當(dāng)衛(wèi)星失鎖，或至基地站的數(shù)據(jù)鏈中斷時(shí),，此模糊值即已失效,。此時(shí)，必須重新求定模糊值,。但是,，這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中不是大問題。因?yàn)槎鄶?shù)觀測者在各點(diǎn)之間遷站都是步行,，即使衛(wèi)星失鎖或數(shù)據(jù)鏈的信號中斷,，在步行途中，RTK系統(tǒng)也能自動(dòng)進(jìn)行模糊值初始化,。 2.2 RTK技術(shù)的系統(tǒng)組成 2.2.1基準(zhǔn)站 基準(zhǔn)站設(shè)置在坐標(biāo)為已知的參考點(diǎn)上,，見圖2.2。GPS天線安置在參考點(diǎn)的上方,。GPS接收機(jī)連續(xù)采集數(shù)據(jù),，并通過無線電數(shù)據(jù)鏈或GSM電話播發(fā)給移動(dòng)站。 GPS使用的頻率為400—450 MHz,，基準(zhǔn)站發(fā)射功率為2—35 w,，移動(dòng)臺(tái)功率為0.5—2.0 w。由于此頻段的信號是直線傳播,，繞射性能很差,，故要求兩點(diǎn)之間準(zhǔn)光學(xué)通視。為了擴(kuò)大信號傳播距離可采取兩種辦法：一是使用信號放大器,，二是另設(shè)中繼站,。通過無線電播發(fā)的數(shù)據(jù)，多采用RTCM SC-104格式,。由于RTCM格式的效率低,，故多數(shù)GPS接收機(jī)廠商都采用自己的數(shù)據(jù)格式播發(fā)數(shù)據(jù)。如果有很多用戶在同一測區(qū)工作時(shí),，可設(shè)立RTK的常設(shè)基地站,。常設(shè)基地站可承擔(dān)下列任務(wù)：連續(xù)采集數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù),，計(jì)算RTCM改正,，為用戶實(shí)時(shí)或事后提供數(shù)據(jù)，監(jiān)測衛(wèi)星狀況,，向用戶預(yù)告各種干擾,。目前，國際上已有少數(shù)城市建立了這種常設(shè)基準(zhǔn)站,。 2.2.2移動(dòng)站 各點(diǎn)之間遷站時(shí)采用步行方式的RTK,，其移動(dòng)站配置見圖3,。移動(dòng)站接收機(jī)的天線多數(shù)都置于測桿頂部，觀測者將測桿放在點(diǎn)上,，此測桿應(yīng)有水準(zhǔn)氣泡,，以使接收機(jī)天線嚴(yán)格位于點(diǎn)上方。最新的移動(dòng)站接收機(jī)已實(shí)現(xiàn)一體化,，即接收機(jī),、天線、顯示器和電池四大部分融為一體,。用戶界面多數(shù)采用掌式計(jì)算機(jī)（稱為控制器）,，它既可手持，又能固定在測桿上,。觀測者利用控制器既可察看RTK系統(tǒng)的狀況（即星數(shù)，模糊值固定狀況,，坐標(biāo)質(zhì)量……）,，又能存儲(chǔ)坐標(biāo)及其它信息。 2.2.3 RTK網(wǎng) 近年來,，國際上已有少數(shù)城市建立了RTK網(wǎng),，RTK網(wǎng)是由幾個(gè)常設(shè)基站組成?？山柚脩糁車膸讉€(gè)常設(shè)基地站實(shí)時(shí)算出移動(dòng)站的坐標(biāo),。當(dāng)使用RTK網(wǎng)代替一個(gè)基地站時(shí)，算出的移動(dòng)站坐標(biāo)將更可靠,。各常設(shè)站之間的距離可達(dá)100 km,。本文只討論目前通用的一個(gè)基地站的RTK測量。 第三章RTK測量的精度和可靠性分析 3.1 RTK測量的精度的影響因素 3.1.1 GPS系統(tǒng)的影響 GPS系統(tǒng)本身有其固有因素,，用戶無法控制,，但必須考慮這些因素。 (1)星數(shù) 在OTF解算未知的模糊值時(shí),，至少需要有5個(gè)共同星,。星數(shù)越多，解算模糊值的速度越快,、越可靠,。一旦求出模糊值，則基地站和移動(dòng)站至少需要有4個(gè)星即能求出移動(dòng)站的坐標(biāo),。 截止高度角低于15o時(shí),，共同星數(shù)將增加。但是,，由此將使采集的數(shù)據(jù)含有較差的信噪比,。這將使解算模糊值的時(shí)間延長,。然而，為了完成測量,，有時(shí)也采用較低的截止高度角,，也能獲得足夠的共同星數(shù)。 研究表明,，星數(shù)增加太多對提高RTK點(diǎn)位的精度沒有顯著提高,。但是，觀測更多的衛(wèi)星時(shí),，將提高所測成果的可靠性,。 (2)衛(wèi)星圖形 衛(wèi)星圖形將影響最后成果的質(zhì)量。當(dāng)衛(wèi)星均勻分布在整個(gè)天空時(shí),，成果將更好,。可用星數(shù)越多,，衛(wèi)星圖形就會(huì)更好,。目前，衛(wèi)星分布的優(yōu)劣常用PDO（P點(diǎn)位精度衰減因子）值來衡量,。PDOP值小則好,，PDOP值大則差。在RTK中,，PDOP值不宜大于6,。 (3)大氣狀況 衛(wèi)星信號到達(dá)GPS接收機(jī)之前，要穿過對流層和電離層,，兩者均影響信號傳播,。在正常條件下，當(dāng)點(diǎn)間距離較短時(shí),，對流層和電離層的影響能夠模擬,，其殘差可通過觀測值的差分處理，予以削弱或消除,。然而,，電離層的電子含量將隨時(shí)間和空間發(fā)生劇烈變化。因此,，衛(wèi)星信號到達(dá)基地站和移動(dòng)站時(shí)將有不同的影響,；而且，基線越長時(shí),，此影響越嚴(yán)重,。電離層劇烈活動(dòng)期，將導(dǎo)致周跳或失鎖,，即使短基線也需要大大延長觀測時(shí)間才能固定模糊值,；或者,，根本不能固定模糊值。特別是在太陽黑子爆發(fā)時(shí),，這是一個(gè)嚴(yán)重問題,。 (4)基線長度 RTK測量的基線長度同軌道誤差和大氣影響密切相關(guān)?；€越長,，電離層和對流層的誤差越大，所測結(jié)果的誤差也越大,。據(jù)研究：軌道誤差,、電離層誤差和對流層誤差對所測結(jié)果的影響，分別為（0.1～0.5）×10-6D,、（0.1～50）×10-6D和（0.1～3）×10-6 D,。基線越長,，所測結(jié)果的精度越差,。多數(shù)廠家給出的距離因子，平面為1×10-6 D,，高程為2×10-6 D。因此,，就10km基線而言,，在很好的環(huán)境下，平面為1 cm的誤差,，高程為2cm的誤差,。實(shí)測結(jié)果也與此相符。 基線更長時(shí),，數(shù)據(jù)鏈信號變得更弱,，從而需要更長的初始化時(shí)間，而且解算結(jié)果也不可靠,。 3.1.2 RTK系統(tǒng) “工欲善其事,，必先利其器”。各種RTK系統(tǒng)都會(huì)影響所測結(jié)果的質(zhì)量,。RTK設(shè)備的優(yōu)劣不僅嚴(yán)重影響精度,，而且也影響成果的可靠性。這里包含有兩類問題：在結(jié)果中如何發(fā)現(xiàn)誤差,？出現(xiàn)可疑的壞結(jié)果時(shí),，RTK系統(tǒng)能否發(fā)出警告？現(xiàn)將評價(jià)RTK系統(tǒng)的主要因子簡述如下,。 (1)數(shù)據(jù)鏈 目前大多數(shù)RTK都采用自備無線電數(shù)據(jù)鏈,，但也有少數(shù)廠家開始采用GSM電話,，兩者都將影響觀測值。兩種數(shù)據(jù)鏈各有其優(yōu)缺點(diǎn),。無線電數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)點(diǎn)是：移動(dòng)站的數(shù)量沒有限制,，購買到收、發(fā)電臺(tái)后,，就沒有其它費(fèi)用,。但無線電信號傳播的距離受到地形、地物的制約,。而且,，由于各種干擾將引起很多麻煩。弱信號或受干擾的信號將使解算模糊值和保持模糊值不變增加很多困難,。 用GSM電話建立數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)點(diǎn)是,，數(shù)據(jù)鏈的質(zhì)量同距離無關(guān)。這也有危險(xiǎn),，因?yàn)榫嚯x越長,，所求坐標(biāo)精度將越低。另一優(yōu)點(diǎn)是,，環(huán)境及基地站至移動(dòng)站之間的障礙物對GSM數(shù)據(jù)鏈沒有影響,。GSM數(shù)據(jù)鏈的缺點(diǎn)是：用戶要承受電話費(fèi)；同一個(gè)基地站連接的用戶數(shù)量受到限制,；完全受GSM覆蓋范圍的制約,。 將無線電和GSM相結(jié)合，也能進(jìn)行RTK,?？赡軙r(shí)，采用無線電數(shù)據(jù)鏈,。當(dāng)移動(dòng)站位于無線電信號之外時(shí),，則用GSM建立基地站和移動(dòng)站之間的聯(lián)系。 (2)天線類型 GPS天線存在兩種誤差：一是物理相位中心之間的偏差,，二是相位中心變化（PCV）,。當(dāng)基地站和移動(dòng)站都使用同一類型的天線時(shí)，此偏差和PCV可基本消除,。否則PCV能在幾毫米和幾厘米之間變化,，而且相位中心的偏差可到幾分米，基地站和移動(dòng)站之間使用不同類型的天線時(shí),，在不理想的環(huán)境下將導(dǎo)致觀測結(jié)果精度降低,，甚至無法解算模糊值。 (3)軟件 各種RTK系統(tǒng)都使用自己的軟件處理數(shù)據(jù),。目前,，有很多解算模糊值的方法,；而且求出的若干個(gè)模糊值中何者是正確的，也有很多方法,。不同軟件采用不同算法,。在解算模糊值的可靠性方面，各種算法都有其優(yōu)缺點(diǎn),。 此外,，各種軟件處理的時(shí)延也大不相同。此時(shí)延是下列三者的總和：基地站計(jì)算和播發(fā)無線電改正所需的時(shí)間,；無線電信號傳播時(shí)間,；移動(dòng)站接收無線電信號和計(jì)算其點(diǎn)位的時(shí)間。使用RTK進(jìn)行地形測量時(shí),，觀測者從一點(diǎn)到另一點(diǎn)多為步行,。這時(shí)，時(shí)延值的大小不是大問題,。但在純動(dòng)態(tài)應(yīng)用中,，例如測定運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軌跡的解算中，將引起較大誤差,。目前有很多方法解決此問題,。正在計(jì)算當(dāng)前一個(gè)結(jié)果時(shí)，可利用以前獲得的信息來預(yù)報(bào)結(jié)果,；或者,，等待以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。 各種軟件之間的另一差別是：控制觀測值質(zhì)量的方法,。例如，允許最少星數(shù),，允許最大PDOP值,，算出坐標(biāo)的限差等。當(dāng)超出這些規(guī)定時(shí),，RTK系統(tǒng)將發(fā)出警告,；或者，予以拒絕,，不用于解算,。 3.1.3環(huán)境 測量環(huán)境對RTK觀測有重大影響。應(yīng)盡量避免測點(diǎn)周圍環(huán)境的影響,。因此,，在觀測過程中，觀測者必須始終用眼睛注視周圍環(huán)境,，以保證觀測質(zhì)量,。 (1)地形 測點(diǎn)周圍的地形將直接影響觀測值的質(zhì)量,。地形的起伏將影響無線電信號的傳播。為了使無線電信號具有最大的覆蓋范圍,，數(shù)據(jù)鏈發(fā)射臺(tái)應(yīng)設(shè)在制高點(diǎn)上,。基地站設(shè)在制高點(diǎn)上,，也能保證觀測到足夠多的GPS衛(wèi)星,。這時(shí)，也能提高與移動(dòng)站接收機(jī)的共同星數(shù),。 (2)基地站與移動(dòng)站之間的障礙物 GPS數(shù)據(jù)電臺(tái)采用的450—470 MHz屬UHF波段,，此波段的電波要求兩點(diǎn)之間準(zhǔn)光學(xué)通視?；卣竞鸵苿?dòng)站之間的障礙物具有兩種影響,。一方面它能使無線電信號中斷，導(dǎo)致移動(dòng)站的模糊值丟失,。另一方面,，這些障礙物能反射無線電信號，將使信號傳播得更遠(yuǎn),，基線也能更長,。 (3)平面覆蓋 地面建筑物和樹木等遮擋，將影響到衛(wèi)星的可見性,。當(dāng)測點(diǎn)靠近房屋或樹林時(shí),，共同星數(shù)將急劇下降，衛(wèi)星圖形也將變壞,。 (4)多徑誤差 當(dāng)衛(wèi)星信號受天線附近的地形地物影響,、經(jīng)一次或多次反射后到達(dá)天線時(shí)，將產(chǎn)生多徑誤差,。在一點(diǎn)上觀測時(shí)間足夠長時(shí),，則可部分削弱此多徑效應(yīng)。但因RTK不能在一點(diǎn)上觀測較長時(shí)間,，故此影響可達(dá)幾厘米,。在最壞情況時(shí)，甚至不能解算模糊值,。 多徑效應(yīng)通過仔細(xì)選擇天線點(diǎn)位來避免,，特別是基地站的點(diǎn)位。在高反射環(huán)境中,，要使用專門設(shè)計(jì)的天線,，例如，具有MET Pinwheel…技術(shù)的天線，扼流圈天線,、屏蔽板或吸收電波的材料等都可削弱多徑誤差,。大多數(shù)RTK系統(tǒng)都試圖在觀測時(shí)探測出和改正多徑誤差。 (5)電波干擾 電波干擾能夠引起信號中斷,，甚至衛(wèi)星失鎖,。輸電線、蜂窗電話,、電站,、電臺(tái)、電視發(fā)射臺(tái),、雷達(dá)站等都會(huì)產(chǎn)生這種電波干擾,。 3.1.4觀測方案 觀測方案將對所測結(jié)果的質(zhì)量和可靠性產(chǎn)生重大影響。觀測方案的主要內(nèi)容有：歷元數(shù),，觀測次數(shù),，基地站位置，基地站數(shù)量,，坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇等?，F(xiàn)分別簡述如下。 (1)基地站的選擇 基地站環(huán)境應(yīng)考慮的問題已在前面討論,，但基地站坐標(biāo)的精度也應(yīng)加以顧及,。如果基地站的坐標(biāo)精度較差，則全部新點(diǎn)坐標(biāo)的精度決不會(huì)超過基地站,。當(dāng)然,，如果只考慮相對坐標(biāo)，則基準(zhǔn)點(diǎn)的質(zhì)量就無關(guān)緊要,。在這種情況下,，即使將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在未知點(diǎn)上，利用單點(diǎn)定位結(jié)果作為基地站坐標(biāo)也是可以的,。這對短距離的相對結(jié)果是允許的,。但是，當(dāng)基線增長時(shí),，將出現(xiàn)尺度比誤差。 (2)一個(gè)基地站或基地站網(wǎng) 本文只討論一個(gè)基地站的RTK測量,。目前,，有些地區(qū)已發(fā)展為多基地站構(gòu)成的常設(shè)基地站網(wǎng)。采用基地站網(wǎng)有三大優(yōu)點(diǎn)：一是減少模糊值初始化時(shí)間,；二是提高移動(dòng)站的精度,；三是移動(dòng)站坐標(biāo)的精度同基線長度的關(guān)系不大。因此，基線長度比只有一個(gè)基地站時(shí)大得多,。 (3)坐標(biāo)系坐標(biāo)系的選擇 坐標(biāo)系坐標(biāo)系的選擇對所測成果的精度影響很大,。GPS采用WGS-84坐標(biāo)系，而且全部計(jì)算都在此坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行,。因此,，處理后的首批結(jié)果是WGS-84坐標(biāo)。 但是,，中國絕大多數(shù)用戶都需要國家格網(wǎng)坐標(biāo),，如54平面坐標(biāo)和80平面坐標(biāo)。為此,，必須首先將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為54坐標(biāo)或80坐標(biāo),，然后，再將其投影到高斯平面上,。此外,，為獲得黃海高程，還必須將WGS-84橢球高轉(zhuǎn)換為正高,，此時(shí)需要大地水準(zhǔn)面模型,，就小測區(qū)而言，常常不需要大地水準(zhǔn)面模型,。在這種情況下,，利用幾個(gè)已知點(diǎn)的高程進(jìn)行小區(qū)域轉(zhuǎn)換已足夠。關(guān)于小測區(qū)從WGS-84實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)的詳情見,。任何RTK系統(tǒng)都具有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能,。大多數(shù)RTK系統(tǒng)都不采用7參數(shù)，而采用3參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換,。因此,，所測結(jié)果同現(xiàn)有坐標(biāo)可能有較大的偏差，在長距離時(shí)還會(huì)出現(xiàn)尺度比誤差,。 為了同地方坐標(biāo)的正高符合得更好,，最好采用三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的地方參數(shù)。此地方參數(shù)可由至少3個(gè)公共點(diǎn)（即WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)均為已知的點(diǎn)）導(dǎo)出,。當(dāng)已知點(diǎn)坐標(biāo)屬地方坐標(biāo)系時(shí),，則在野外就能夠推導(dǎo)地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。首先,，移動(dòng)站在至少3個(gè)已知點(diǎn)上進(jìn)行測量,。然后，移動(dòng)站借助測出的WGS-84坐標(biāo)和已知地方坐標(biāo)算出地方轉(zhuǎn)換參數(shù),。利用這些地方轉(zhuǎn)換參數(shù)即可進(jìn)行下一步測量,。 建議將地方坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)存儲(chǔ)在移動(dòng)站接收機(jī)內(nèi),。WGS-84坐標(biāo)可能在以后還會(huì)有用。例如,，當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問題時(shí),，或者同一點(diǎn)的坐標(biāo)需要另一坐標(biāo)系驗(yàn)證時(shí)。 (4)歷元數(shù) 存入的坐標(biāo)既可以是觀測一個(gè)歷元的結(jié)果,，也可以是幾個(gè)歷元的平均值,。對于純動(dòng)態(tài)測量，例如探測位移或軌跡測量而言,，只能選擇一個(gè)歷元,。然而，對于地形測量而言,，則可取幾個(gè)歷元的平均值,，從而消除偶然噪聲。 幾個(gè)歷元取平均值的方法,，不同軟件各不相同,。大多數(shù)軟件都是取前幾個(gè)歷元的平均值。某些RTK系統(tǒng)允許改變歷元數(shù),。歷元數(shù)的選擇有3種辦法：最短測量時(shí)間,，要求精度，或兩者結(jié)合,。 研究表明：當(dāng)用幾個(gè)歷元取平均值代替一個(gè)歷元時(shí),，所測結(jié)果將會(huì)略有改善。 (5)重復(fù)測量 對整個(gè)測量進(jìn)行全部檢查的唯一方法是實(shí)施獨(dú)立的重復(fù)測量,，即采用不同的模糊值,。當(dāng)兩次獨(dú)立測量結(jié)果超過限差時(shí)，則很可能是由于解算模糊值錯(cuò)誤,，從而導(dǎo)致一次或兩次觀測值出現(xiàn)粗差,。大多數(shù)軟件都可能在一點(diǎn)上算出幾組坐標(biāo)。目的在于檢查這些坐標(biāo)是否在規(guī)定限差之內(nèi),，而且坐標(biāo)差超限時(shí)將發(fā)出警告,。 實(shí)際上，重復(fù)測量將浪費(fèi)時(shí)間和經(jīng)費(fèi),。因此,，在實(shí)際應(yīng)用中不采用重復(fù)測量法。但是,，為了考察RTK系統(tǒng)的綜合性能和可能產(chǎn)生的各種故障,，建議測量過程中在坐標(biāo)為已知的幾個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行重復(fù)測量。 實(shí)踐證明：為了探測出錯(cuò)誤觀測值,，重復(fù)測量是很有用的,。 3.1.5觀測者的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn) RTK實(shí)踐證明，觀測者的專業(yè)水平和經(jīng)驗(yàn)對成果的精度和可靠性有重大影響,。例如：對中誤差,，測量天線高或輸入基地站坐標(biāo)的任何誤差，都將影響測出的全部坐標(biāo),。此外,，觀測者必須盡量垂直握住測桿，使其真正位于測點(diǎn)的垂線上,，天線高應(yīng)輸入移動(dòng)站接收機(jī),。觀測者也應(yīng)認(rèn)真檢校RTK設(shè)備。三腳基座和移動(dòng)站測桿上的水準(zhǔn)器必須檢查校正,，以避免任何系統(tǒng)誤差對觀測值的影響,。 3.2 RTK的誤差來源及解決措施 RTK定位的誤差一般分為兩類: (1)同測站有關(guān)的誤差：包括天線相位中心變化、多徑誤差,、信號干擾和氣象因素,。 (2)同距離有關(guān)的誤差：包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差,。對固定基地站而言,，同測站有關(guān)的誤差可通過各種校正方法予以削弱，同距離有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基地站的距離的增加而加大,。 3.2.1同測站有關(guān)的誤差 (1)天線相位中心變化 天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合,。而目電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率,、方位角和高度角,。因此，不僅需要測量電子相位中心的平均位置相對于天線機(jī)械中心的變化,，而目要定義整個(gè)可見天球的相位中心的變化,。 忽視天線相位中心的變化，可使點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到3cm最大可到5 cm,。因此,，若要求RTK定位精度達(dá)到1cm，必須知道自己天線和基地站天線的精確相位圖形,。據(jù)之改正其數(shù)據(jù),。 天線檢驗(yàn)的方法分為二類：一是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的絕對檢驗(yàn)法。由WuBBENA等人提出的天線相位中心絕對檢驗(yàn)法,，可達(dá)到1-3mm的精度,。二是野外檢驗(yàn)法。目前研究出的野外精密檢驗(yàn)法是ROTHACHER法,?；卣咀詈貌捎媒^對檢驗(yàn)法,。但是，這兩種天線檢驗(yàn)法都比較復(fù)雜,，外業(yè)人員都不愿意采用,。 (2)多徑誤差 多徑誤差是RTK定位測量中最嚴(yán)重的誤差。多徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境,。多徑誤差一般為5 cm,，高反射環(huán)境下可達(dá)19cm。多徑誤差創(chuàng)建為常數(shù)誤差和周期誤差兩部分,。 多徑誤差的周期一般為5~20分鐘,，這對RTK的移動(dòng)站是個(gè)嚴(yán)重問題。此外,，L1和L2的相位中心的變幅可達(dá)6cm,。 目前的問題是，很難將多徑誤差和天線相位中心的變化分開,。對于無電離層影響的線性組合觀測值LO而言,，此影響可達(dá)20cm，多徑誤差可通過下列措施子以削弱 ①選擇地形開闊,、沒有反射面的點(diǎn)位,。 ②采用具有削弱多徑誤差的各種技術(shù)(例如：NCT，MET,，MEDL,， Pinwee…..等)的天線。 ③采用扼流圈天線,。 ④基地站附近輔設(shè)吸收電波的材料,。 ⑤采用處理數(shù)據(jù)的新技術(shù)(但結(jié)果尚未被大家公認(rèn)),。 (3)信號干擾 對于基地站而言,，測試天線周圍的電磁波干擾，并不是很難,。信號干擾可能有多種原因,。干擾的強(qiáng)度取決于頻率,、發(fā)射臺(tái)功率和至干擾源的距離。改正這些影響沒有實(shí)際意義,。唯一可行的方法是選點(diǎn)時(shí)仔細(xì)注意,。 在基地站削弱無線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。為了削弱電磁波的幅射干擾,，最好避開： ①在測站周圍100-500m范圍內(nèi)的UHF,，VHF，TV和BP機(jī)發(fā)射臺(tái),。 ②無線電愛好者的定向發(fā)射臺(tái),。 ③用于航空導(dǎo)航的雷達(dá)裝置,。在選點(diǎn)時(shí)使用儀表測試的方法也可削弱 這些影響。 ④氣象因素 據(jù)研究,，快速運(yùn)動(dòng)中的氣象峰面,，也能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的變化達(dá)到1~2dm。因此,，在天氣急劇變化時(shí)不宜進(jìn)行RTK測量。 3.2.2同距離有關(guān)的誤差 同距離有關(guān)的誤差的主要部分可通過多基地站技術(shù)來消除,。但是,，其殘余部分也隨著至基地站距離的增加而加大。 (1)軌道誤差 目前,，軌道誤差只有幾米,，其殘余的相對誤差影響約為1ppm，就短基線(10km)而言,，對結(jié)果的影響可忽略不計(jì),。但是，對20-30km的基線則可達(dá)到幾厘米,。 (2)電離層誤差 電離層誤差具有三大特性：擴(kuò)散性,、互補(bǔ)性和瞬變性。雙頻接收機(jī)就是利用電離層的擴(kuò)散性,，將L1和L2的觀測值進(jìn)行線性組合來消除電離層的影響,。電離層對碼觀測值和載波相位觀測值的影響，數(shù)值相同,、符號相反,。這就是電離層的互補(bǔ)性,。CCD技術(shù)即利用此互補(bǔ)性,，使單頻GPS接收機(jī)的測程由20km急劇擴(kuò)大到300km。電離層對定位的影響,，隨時(shí)間(每天,、每月、每年)和地點(diǎn)而迅速變化,，此即電離層的瞬變性,。 電離層效應(yīng)同太陽黑子活動(dòng)密切相關(guān)。在太陽黑子平靜期,，小于5ppm,，當(dāng)太陽黑子爆發(fā)時(shí)，其影響可達(dá)到50ppm,。2001-2002年屬太陽黑子活動(dòng)高峰年,。實(shí)踐表明,，太陽黑子爆發(fā)的幾天內(nèi)，不但RTK測量無法進(jìn)行,，即使靜態(tài)GPS測量也會(huì)受到嚴(yán)重影響。 (3)對流層誤差 對流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)間高差密切相關(guān),，一般可達(dá)3ppm。為了保證RTK達(dá)到cm級精度,，要對測站有關(guān)的誤差一起模擬,。 目前,，常用的單,、雙頻RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)多為美國PCC公司35W(基地站)和2W(移動(dòng)站)電臺(tái)。實(shí)驗(yàn)表明,，當(dāng)兩山頂之間能通視,、距離為47km時(shí)，也可收到差分信號,。但是,，移動(dòng)站在城鎮(zhèn)區(qū)作業(yè)時(shí)，如兩點(diǎn)之間有房屋遮擋,，即使相距1 km也很難收到差分信號,。因此，國際上將RTK技術(shù)通常只用于幾公里范圍內(nèi)兩點(diǎn)之間準(zhǔn)光學(xué)通視的放樣測量,。 第四章 RTK精度的實(shí)驗(yàn)研究 4.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 4.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span> 通過多組對比實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證RTK的精度,，以及驗(yàn)證樓房、樹木對于RTK精度的影響,，來探索在城市觀測條件欠佳的情況下RTK測量精度情況,。其中內(nèi)容包括靜態(tài)GPS測量,，動(dòng)態(tài)RTK測量,，水準(zhǔn)測量。涉及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析,。 4.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及數(shù)量 (1)靜態(tài)GPS測量 ①實(shí)驗(yàn)設(shè)備：Ashech ProMark2 GPS 數(shù)量：3臺(tái) ②設(shè)備簡介： 10通道連續(xù)跟蹤GPS衛(wèi)星，L1-C/A碼及全載波相位測量，2通道WAAS/EGNOS專用通道,。LCD顯示衛(wèi)星狀態(tài),、剩余電量、剩余內(nèi)存,、觀測時(shí)間,、測量基線長，將測量和導(dǎo)航融于一體,，內(nèi)置8兆內(nèi)存和地圖數(shù)據(jù),。觀測時(shí)間根據(jù)衛(wèi)星狀況及測量基線長，記錄時(shí)間不等,。 水平：5mm 1ppm ,，垂直：10mm 2ppm； (2)動(dòng)態(tài)RTK測量 ①實(shí)驗(yàn)設(shè)備：sokkia 2600 數(shù)量: 一套 ②設(shè)備簡介： GSR2600 GPS接收機(jī)支持所有GPS測量模式,，操作簡單，超低功耗,。SK-600 天線輕小型,、高性能、抗多路徑效應(yīng),。24通道L1,、L2全波長載波相位、C/A碼窄相關(guān)偽距,、P碼觀測值,、P碼輔助偽距觀測值。 ③測量精度RTK 平面： 10mm 1ppm ,；高程： 20mm 2ppm,。初始化距離＞15km。初始化可靠性典型值＞99.9% (3)水準(zhǔn)測量 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：DS3水準(zhǔn)儀 4.1.3 控制點(diǎn)的選擇和控制網(wǎng)的布設(shè) (1)本次實(shí)驗(yàn)共選擇了8個(gè)控制點(diǎn),，在選點(diǎn)過程中盡量讓點(diǎn)位滿足以下要求： ①點(diǎn)位設(shè)在視野開闊的地點(diǎn)上,對于樓房和樹木密集的地方,，選擇相比較而言最佳的信號接受位置。 ②與無線電發(fā)射臺(tái)距離不得小于200m,。 ③與高壓的距離不得小于50m,從而避免磁場對衛(wèi)星信號的干擾,。 ④觀測站附近不應(yīng)有大面積的水域等對電磁波反射(或吸收)強(qiáng)烈的物體,以減弱多路徑效應(yīng)的影響。 (2)選擇的控制點(diǎn)基本都在水泥道路上,，所以用水泥釘子代替控制點(diǎn),。由于是實(shí)驗(yàn)，所以并沒有埋設(shè)點(diǎn)位的標(biāo)石和標(biāo)志,，但是所選擇的控制點(diǎn)位置穩(wěn)定,、堅(jiān)固，完全不會(huì)因?yàn)辄c(diǎn)位的移動(dòng)而影響本次實(shí)驗(yàn),。 (3)點(diǎn)位分布圖如下： 從上圖我們不難看出,，G001,、G002和G003點(diǎn)周圍視野開闊，基本不受其他因素的影響,。G005和G007點(diǎn)周圍不僅有高樓還有大樹, 視野不開闊,測量受較大的影響,。G004、G006和G008點(diǎn)只是在某個(gè)方向上受高樓影響,，所以在測量過程中一定要注意選擇好觀測時(shí)間,，根據(jù)衛(wèi)星星歷的預(yù)報(bào)情況，選擇衛(wèi)星狀態(tài)分布較好的時(shí)間進(jìn)行測量,。 4.1.4獨(dú)立坐標(biāo)系的建立 如圖4.2所示,，以G002點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以G002-G009的方向?yàn)樽鴺?biāo)北方向,，G002-G009所在軸為X坐標(biāo)軸,，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，與其垂直的方向作為Y坐標(biāo)軸方向,，建立獨(dú)立坐標(biāo)系,。 假定G002點(diǎn)的坐標(biāo)為（5000，5000,，400）,，采用5秒閉合導(dǎo)線施測。所用儀器為索佳SET-210全站儀,其標(biāo)稱精度為測角2s,、測距3 mm 2ppm,。導(dǎo)線閉合差為-。 最后進(jìn)行簡易平差得到控制點(diǎn)坐標(biāo)如下表所示： 因?yàn)闇y區(qū)沒有國家已知點(diǎn),，因此上面所測的點(diǎn)將做為已知點(diǎn)參于RTK地方參數(shù)的轉(zhuǎn)換,，以及作為GPS平差的已知數(shù)據(jù)。 4.1.5四等水準(zhǔn)測量 (1)水準(zhǔn)測量的作業(yè)方法及步驟 以G002點(diǎn)的假定高程400.000作為已知高程值,，用四等水準(zhǔn)測量的方法,最后再次閉合到G002,，中間閉合到G004點(diǎn)，用于臨時(shí)檢查,。最后經(jīng)典平差來求取其他點(diǎn)的高程,，用來與RTK高程數(shù)據(jù)比較，來驗(yàn)證RTK測量的高程精度,。 水準(zhǔn)測量閉合環(huán)閉合差為 15mm,每公里觀測高差中誤差為±13 mm,。 (2)水準(zhǔn)測量結(jié)果如下表： 4.2實(shí)驗(yàn)作業(yè)方法及步驟 4.2.1動(dòng)態(tài)RTK測量的作業(yè)方法及步驟 (1)基準(zhǔn)站的選定和建立 基準(zhǔn)站設(shè)置除滿足GPS靜態(tài)觀測的條件外,還應(yīng)設(shè)在地勢較高、四周開闊的位置,便于電臺(tái)的發(fā)射,?？稍O(shè)在具有WGS84和北京54坐標(biāo)(或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo))的已知點(diǎn)上,也可在未知點(diǎn)設(shè)站。本次實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)站都是設(shè)置在測區(qū)較高的未知點(diǎn)。 基準(zhǔn)站的安置是順利進(jìn)行RTK測量的關(guān)鍵,所以在選點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意:①避免選擇在無線電干擾強(qiáng)烈的地區(qū),。②基準(zhǔn)站站址及數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)發(fā)射天線必須具有一定的高度,。③為防止數(shù)據(jù)鏈丟失以及多路徑效應(yīng)的影響,周圍無GPS信號反射物(大面積水域、大型建筑物等),。 (2)求取地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù) 合理選擇控制網(wǎng)中已知的WGS84和北京54坐標(biāo)(或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo))以及高程的公共點(diǎn),求解轉(zhuǎn)換參數(shù),為RTK動(dòng)態(tài)測量做好準(zhǔn)備,。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要注意:①要選測區(qū)四周及中心的控制點(diǎn),均勻分布。②為提高轉(zhuǎn)化精度,最好選3個(gè)及以上的點(diǎn),。 (3)外業(yè)操作 ①將基準(zhǔn)站接收機(jī)架設(shè)在未知點(diǎn)上,把發(fā)射天線盡量架高,，便于發(fā)射和接收信號。等連線工作完成后先開接收機(jī)后開電臺(tái),，進(jìn)行接收機(jī)初始化,。期間打開移動(dòng)站接收機(jī)進(jìn)行初始化，也可以與基準(zhǔn)站接收機(jī)同時(shí)開機(jī),。 ②等待初始化都完成后,，將手簿與流動(dòng)站接收機(jī)連接好后，首先新建一個(gè)JOB文件,點(diǎn)擊進(jìn)入JOB文件后,，選擇WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)和參考橢球系,。 ③將流動(dòng)站依次架設(shè)在G001、G002和G003點(diǎn)上,，每個(gè)點(diǎn)位上測量數(shù)據(jù)6次,。比較選擇最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換,。轉(zhuǎn)換之前先新建地方格網(wǎng)直角坐標(biāo)系,，與WGS-84坐標(biāo)系關(guān)系好之后，在手簿里輸入校正點(diǎn)G001,、G002和G003的獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo),，通過這些校正點(diǎn)坐標(biāo)來求取地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。 ④將坐標(biāo)系選擇為剛才新建地方格網(wǎng)直角坐標(biāo)系中,，看轉(zhuǎn)換后的G001,、G002和G003點(diǎn)的坐標(biāo)與轉(zhuǎn)換前獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，比較發(fā)現(xiàn)較差最大為3mm,，滿足要求,。 ⑤再選擇WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，依次測完所有點(diǎn)位,，每個(gè)點(diǎn)位測量至少6次,。 ⑥在不同時(shí)間段里，按照上面的方法再測兩次,。用于驗(yàn)證儀器穩(wěn)定性和用于單次和雙次測量的比較,，驗(yàn)證雙次測量的必要性。 (4)為消除RTK作業(yè)中的誤差,作業(yè)中采取了以下措施: ①轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失 在進(jìn)行RTK測量時(shí),首先需要輸入控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo),以此來求解轉(zhuǎn)換參數(shù),待測點(diǎn)的坐標(biāo)需要依此得到轉(zhuǎn)換后的獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。這期間待測點(diǎn)坐標(biāo)的精度存在著坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的損失,。經(jīng)驗(yàn)表明,這種損失一般在1 cm左右,但與控制點(diǎn)的精度和分布有關(guān),。本次作業(yè)時(shí)選取的3個(gè)已知點(diǎn)精度高、分布均勻且能覆蓋整個(gè)測區(qū),可消除轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失,。 ②基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離,、軌道誤差和大氣延遲誤差對RTK測量精度影響較大。一般情況下,基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離較短時(shí),其影響能夠模擬,其殘差能夠通過觀測值的差分處理得到削弱甚至基本消除,。當(dāng)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離較長時(shí),它們的影響較大,得到固定解的時(shí)間一般也較長,觀測結(jié)果的誤差也較大,。而且,GPS誤差的空間相關(guān)性隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間距離的增大而逐漸失去線性,因此在二者較長距離下,經(jīng)過差分處理后的流動(dòng)站數(shù)據(jù)仍然含有較大的觀測誤差,從而容易導(dǎo)致定位精度的降低與無法解算載波相位的整周模糊度。本測區(qū)流動(dòng)站和基準(zhǔn)站的距離均小于1 km,完全滿足RTK作用距離一般不超過15 km的要求,。 ③測站環(huán)境及天氣狀況 基準(zhǔn)站,、流動(dòng)站上的環(huán)境及天氣狀況也會(huì)影響到RTK測量結(jié)果的精度?；鶞?zhǔn)站周圍的干擾較多時(shí),電臺(tái)的控制范圍會(huì)減小,影響作業(yè)效率,。流動(dòng)站周圍觀測環(huán)境較差時(shí),信號的接收質(zhì)量會(huì)降低,測量噪聲增大,最終影響RTK定位的結(jié)果。而且,基準(zhǔn)站與流動(dòng)站,、各流動(dòng)站之間的氣象條件差異較大時(shí),會(huì)明顯的影響到RTK測量,尤其是高程測量的結(jié)果,。本次實(shí)驗(yàn)作業(yè)時(shí)天氣狀況好、基準(zhǔn)站周圍比較開闊,無干擾源;流動(dòng)站也選擇在開闊地,遠(yuǎn)離干擾源,基本可消除測站環(huán)境及天氣狀況的影響,。 ④操作人員的誤差 在進(jìn)行RTK測量時(shí),同其他測量一樣,同樣需要進(jìn)行儀器的整平,、對中及儀器高的量取等。操作人員使用方法及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的不同,同樣會(huì)影響到RTK測量成果的精度,。作業(yè)時(shí)流動(dòng)站采用一人扶持對中桿進(jìn)行對中整平,另外一人專門操作手簿,，兩人配合可減小人為的誤差影響。 ⑤基準(zhǔn)站的誤差 RTK測量時(shí),流動(dòng)站的坐標(biāo)都是利用基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和基線向量得到的,因此,基準(zhǔn)站的誤差會(huì)系統(tǒng)性的帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中,最終影響到流動(dòng)站的坐標(biāo),。而且,基準(zhǔn)站的對中,、整平等人員操作誤差也會(huì)系統(tǒng)地帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中,且基準(zhǔn)站周圍環(huán)境對GPS觀測質(zhì)量的影響也會(huì)影響到流動(dòng)站坐標(biāo)的解算。因此,要盡可能控制基準(zhǔn)站誤差對RTK測量的影響,。本次實(shí)驗(yàn)三次測量時(shí)基準(zhǔn)站都設(shè)在未知點(diǎn)上,，而且每次架設(shè)的位置都不相同，這樣可以減少基準(zhǔn)站對于流動(dòng)站的系統(tǒng)誤差影響,。 (5)RTK測量結(jié)果如下表： 4.2.2靜態(tài)GPS測量的作業(yè)方法及步驟 (1)數(shù)據(jù)采集 靜態(tài)GPS測量采用邊連式布網(wǎng),，共設(shè)5個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段觀測時(shí)間不低于90分鐘,。 (2)數(shù)據(jù)處理 用solutions 2.5和南方平差軟件各自解算了一次,。兩次比較，在較差不大的情況下,，求平均值,。得到下面的結(jié)果： (3)靜態(tài)GPS測量結(jié)果如下表：
第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比和分析 5.1動(dòng)態(tài)RTK測量和靜態(tài)GPS測量的精度比較 (1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
(2)結(jié)果分析 通過比較,兩次坐標(biāo)較差值最大為20mm,，經(jīng)計(jì)算平均坐標(biāo)差值為8.1 mm。 5.2 RTK高程測量和水準(zhǔn)測量高程的精度比較 (1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
RTK高程與水準(zhǔn)高程較差分布如下表
(2)結(jié)果分析 通過表5.2我們可以看出,，RTK高程與四等水準(zhǔn)高程差值最大達(dá)到了59mm,，最小也達(dá)到了17mm，經(jīng)計(jì)算平均值達(dá)到了40mm,。 5.3歷元選擇對于RTK高程測量的影響 (1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 歷元數(shù)量對平面測量結(jié)果的影響如下表： 歷元數(shù)量對高程測量結(jié)果的影響如下表：
(2)結(jié)果分析 通過表5.4和5.5兩個(gè)表格的比較,，我們不難看出，歷元數(shù)量對于平面測量的影響有一定的規(guī)律,，而對于高程的影響卻沒有什么規(guī)律可尋,。 對于平面測量來說，當(dāng)歷元數(shù)量小于10個(gè)時(shí),，所測的結(jié)果與大于10個(gè)的相比,，坐標(biāo)差值最大已經(jīng)達(dá)到的37個(gè)mm,平均值也達(dá)到了10個(gè)mm。而當(dāng)歷元數(shù)量在11～20個(gè),，21～30個(gè),，30個(gè)以上時(shí)，平面測量的坐標(biāo)差值不大,，坐標(biāo)差值的平均值小于5mm,。 對于高程測量來說，隨著歷元數(shù)量的變大,，所測的高程值時(shí)大時(shí)小,，有時(shí)候高程差值還是比較大的，沒有什么規(guī)律而言,。因此歷元數(shù)量對于高程測量顯得并不是十分重要,。 因此在RTK測量的時(shí)候盡量讓歷元數(shù)量大于10個(gè)的時(shí)候保存數(shù)據(jù)，一站上盡量多測幾次,，便于檢查,。 5.4觀測次數(shù)對于RTK測量的影響 (1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 RTK相同點(diǎn)位不同時(shí)間段的平面測量結(jié)果比較
RTK相同點(diǎn)位不同時(shí)間段的高程比較
(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 平面：從表5.6(2)中,，我們不難看出不同時(shí)間段里的三次測量較差最大為31 mm,，最小為1 mm，經(jīng)計(jì)算平均值為10mm,。,。 高程：從表5.7中，我們不難看出兩次高程之差最大值為59mm,最小值為7 mm,平均值為29mm,。 所以在精度要求不高的測量方面,，沒有必要進(jìn)行重復(fù)多次測量，沒有必要浪費(fèi)時(shí)間,。但是對于精度要求較高的測量方面,，進(jìn)行重復(fù)測量還是很有必要的,，因?yàn)檫@樣可以檢查出粗差，避免因?yàn)槠渌藶橐蛩囟绊憸y量精度,。 5.5測量狀態(tài)好壞對于RTK測量的影響 (1)結(jié)果對比
從表 5.8我們可以看出,，當(dāng)測量狀態(tài)不好的時(shí)候，PDOP>6,，并且為浮動(dòng)解,，平面和高程殘差都比較大，最大的達(dá)到了1.944m,。當(dāng)測量狀態(tài)較好的時(shí)候,，為固定解，平面和高程殘差均小于30mm,，而且PDOP<6,。 測量狀態(tài)好的時(shí)候和不好的時(shí)候比較可以看出，平面坐標(biāo)最大達(dá)到了1000多mm,，最小也達(dá)到了500多mm,，高程最大也達(dá)到了200個(gè)mm。 因此在測量狀態(tài)不好的時(shí)候,，一定要注意不能用浮動(dòng)解,，因?yàn)楦?dòng)解解出來的數(shù)據(jù)特別不準(zhǔn)確，可以達(dá)到m級以上的誤差,。 5.6 RTK的精度分析 5.6.1RTK平面精度分析 通過表5.1的比較,兩次坐標(biāo)較差值最大為20mm,，經(jīng)計(jì)算平均坐標(biāo)差值為8.1 mm，均小于規(guī)范要求,，完全達(dá)到了一級導(dǎo)線的精度要求,。由此可知, RTK測量的平面精度是較高的，能達(dá)到10mm的標(biāo)稱精度,，而且也是十分準(zhǔn)確可靠的,。 5.6.2高程精度分析 通過表5.2和表5.3的比較，我們不難得到,，RTK高程與四等水準(zhǔn)高程差值最大達(dá)到了59mm,，最小也達(dá)到了17mm，平均值達(dá)到了40mm,。高程較差∣△H∣全部都小于70mm,，71.40%都小于50mm。雖然RTK點(diǎn)間的相對精度較高,但與四等水準(zhǔn)測量比較顯示RTK高程的可靠性并不是十分理想,，不能達(dá)到20mm的標(biāo)稱精度,，所以在用RTK測量高程的時(shí)候應(yīng)該慎重。 5.6.3樓房和樹木對于RTK的精度的影響分析 通過表 5.8的對比,，RTK測量狀態(tài)好的時(shí)候和不好的時(shí)候比較可以看出,，平面坐標(biāo)較差最大達(dá)到了1000多mm,，最小也達(dá)到了500多mm，高程最大也達(dá)到了200個(gè)mm,。 因此在測量狀態(tài)不好的時(shí)候,，一定要注意不能用浮動(dòng)解，因?yàn)楦?dòng)解解出來的數(shù)據(jù)特別不準(zhǔn)確,，可以達(dá)到m級以上的誤差,。 RTK在控制測量及施工放樣中有著廣泛的運(yùn)用,比傳統(tǒng)的測量儀器省時(shí)省工且精度高等,但其在碎部測量中的應(yīng)用還是有一定的限制。在房屋密集區(qū)域,為避免由于天空通視條件的限制,RTK無法確定其坐標(biāo)位置,應(yīng)采用常規(guī)測量方法,。 第六章 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 6.1RTK的質(zhì)量控制 研究表明,，RTK確定整周模糊度的可靠性在95 -99%左右，另外RTK比靜態(tài)GPS還多出諸如數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)瘸鲥e(cuò)的機(jī)會(huì),，因此和GPS靜態(tài)測量相比,，RTK測量更容易發(fā)生錯(cuò)誤，這就要求我們必須進(jìn)行質(zhì)量控制,，根據(jù)我們的研究的試驗(yàn).較為有效的方法有以下幾種： (1)己知點(diǎn)比較法:作為RTK測量起算數(shù)據(jù)的高級控制網(wǎng),，一般用GPS靜態(tài)獲得，具有很高的可靠性,。為檢核坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),、己知數(shù)據(jù)輸人及RTK測量各種過程的正確性，可以通過將已知點(diǎn)納人到測量鏈中的方式進(jìn)行檢查,，這是一種十分有效的方法,，可在任何情況下時(shí)使用。 (2)重合點(diǎn)比較法:每次初始化成功后,，或測量2-4h左右應(yīng)重合I-2個(gè)已測過的RTK點(diǎn),，以此來檢查基站設(shè)置的正確性和測量鏈過長后可能產(chǎn)生的點(diǎn)位坐標(biāo)漂移誤差，這種方法可以在首站完成后的設(shè)站時(shí)使用,。 (3)雙基站檢測法:在測區(qū)內(nèi)同時(shí)建立兩個(gè)以上基準(zhǔn)站,，每個(gè)基準(zhǔn)站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動(dòng)站用變頻開關(guān)選擇性地分別接收每個(gè)基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù),，從而得到兩個(gè)以上解算結(jié)果,，比較這些結(jié)果就可檢驗(yàn)其質(zhì)量狀況這種方法的變通是在不同時(shí)段兩次架站，但缺點(diǎn)是工作效率較低.所以使用不多,。 (4)已知基線長度測量檢驗(yàn),。在使用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的測區(qū),，往往缺少已知數(shù)據(jù),，在此情況下.可對已知基線的兩端進(jìn)行坐標(biāo)測定，以解算邊長與理論邊長進(jìn)行比較,，這也從一定程度上對RTK成果進(jìn)行了檢核,。 6.2關(guān)于RTK的討論 6.2.1 RTK測量的優(yōu)點(diǎn) (1)RTK測量人力和設(shè)備的的投入少,。根據(jù)對比,常規(guī)的導(dǎo)線測量手段,人力和設(shè)備的的投入是RTK測繪手段的2倍。 (2)RTK測量作業(yè)效率高,。根據(jù)對比,RTK測量作業(yè)效率是導(dǎo)線測量的2-5倍,。 (3)RTK測量作業(yè)精度可靠。實(shí)踐證明,RTK精度取決于GPS系統(tǒng)本身,RTK設(shè)備,、測量環(huán)境,、用戶專業(yè)水平、測量方法等5大因素,。只要用戶認(rèn)真作業(yè),規(guī)范操作,即可得到滿意的測量成果,。 (4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。手持控制器可顯示位置成果,。這一功能使測量師在離開測區(qū)前,就可以知道全部測量成果是否滿足要求,。 (5)接收機(jī)性能穩(wěn)定,可以全天候工作。每臺(tái)儀器略加配置,既可以做靜態(tài)定位,、快速靜態(tài)定位等工作,。 (6) RTK測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。既減少了外業(yè)工作量,又便于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的整理和檢查,。 6.2.2 RTK測量中要求: (1)能接收5個(gè)以上的GPS衛(wèi)星,。 (2)遷站過程中不能關(guān)機(jī)、不能失鎖,。 (3)必須能同時(shí)接收到GPS衛(wèi)星的信號和基地站播發(fā)的差分信號,。 星數(shù)問題限制了RTK技術(shù)的應(yīng)用范圍。在鎮(zhèn),、林蔭,、山地等地區(qū)凡所測星數(shù)少于5個(gè)時(shí)RTK測量就會(huì)遇到困難。遷站過程中不能關(guān)機(jī)容易做到,不能失鎖則很難,。當(dāng)遷站過程中通過樹下,、立交橋、隧道等地物時(shí),都會(huì)引起失鎖,。失鎖后,必須重新初始化,即重新確定整周模糊值,。確定整周模糊值的時(shí)間和可靠性,取決于4個(gè)因素:單頻機(jī)或雙頻機(jī),所測星數(shù),至基地站的距離,RTK軟件的質(zhì)量。隨著陀螺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與RTK系統(tǒng)的集成,該困難有望解決,。 目前,在測繪領(lǐng)域的RTK應(yīng)用中,都采用UHF電臺(tái)播發(fā)差分信號,。因此,為了接收到基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號,要求基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的天線必須“準(zhǔn)光學(xué)通視”。這在沙漠,、戈壁,、沙灘、平原等地區(qū)的幾公里范圍內(nèi)一般都能辦到,能順利進(jìn)行RTK測量,。在不能滿足準(zhǔn)光學(xué)通視的條件下,必須進(jìn)行RTK測量時(shí),應(yīng)采取下列5項(xiàng)措施,。 (1)先在測區(qū)制高點(diǎn)上布測GPS控制點(diǎn),作為今后的基準(zhǔn)站; (2)縮短各點(diǎn)至基準(zhǔn)站距離,使其能準(zhǔn)光學(xué)通視; (3)提高基準(zhǔn)站天線的架設(shè)高度; (4)有地形,、地物遮擋時(shí),另增設(shè)中繼站; (5)采用多基站法克服不能準(zhǔn)光學(xué)通視的困難,也可提高RTK成果的精確性和可靠性。但是,這些措施在外業(yè)時(shí)將增加很多困難,。因此,采用RTK技術(shù)要求1～3 cm的定位精度時(shí),移動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離,一般應(yīng)限制在幾公里范圍內(nèi),。 6.2.2 RTK實(shí)測中存在的問題及對策 (1)RTK作業(yè)時(shí),有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象?？赡苁怯捎诹鲃?dòng)站附近存在與電臺(tái)頻率相同的外界無線電,干擾了數(shù)據(jù)的傳輸,這時(shí)應(yīng)通知基準(zhǔn)站重新選擇電臺(tái)發(fā)射頻率,流動(dòng)站也重新選擇,，接收頻率;也可能是電臺(tái)的電量不足,應(yīng)及時(shí)充電。 (2)在RTK測量過程中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)區(qū)域或一個(gè)時(shí)間段里,解算時(shí)間較長甚至無法獲取固定雙差解的情況,。這可能是由于周圍存在如反射性強(qiáng)的建筑物,、水面、臨時(shí)停車等反射物引起多路徑現(xiàn)象,可選擇復(fù)位后重新觀測記錄;也可能沒有足夠的衛(wèi)星可用或衛(wèi)星分布不利,可選擇適當(dāng)提高截止高度角(如10°或15°)或刪星,。 (3)由于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK的測量與衛(wèi)星分布以及數(shù)據(jù)鏈的性能有關(guān),而且各觀測值都是獨(dú)立觀測的,那么在觀測時(shí)如何判斷觀測數(shù)據(jù)的可靠性,在開始觀測前先聯(lián)測其他己知點(diǎn)進(jìn)行對比,以確定基準(zhǔn)站和流動(dòng)站各參數(shù)設(shè)置是否正確,以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常,。在觀測一段時(shí)間或儀器失鎖以及觀測結(jié)束前都進(jìn)行這一檢測,這樣可以有效地判斷儀器是否處于正常狀態(tài),從而確保觀測成果的可靠性。 第七章 RTK技術(shù)的展望 在GPS測繪的黃金時(shí)代,高精度載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS -RTK定位已經(jīng)在測量方面產(chǎn)生了重大變革,并帶來了空前的高效率,。但是,用RTK系統(tǒng)來進(jìn)行高精度的測量作業(yè),還意味著測量員必須首先在測區(qū)附近建立一個(gè)基準(zhǔn)站,然后移動(dòng)站才能在基準(zhǔn)站的有效半徑范圍內(nèi)通過接收衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈來精確測得該點(diǎn)的坐標(biāo),。它的應(yīng)用受到了電離層和對流層影響的限制,這些影響在原始數(shù)據(jù)中產(chǎn)生了系統(tǒng)性的誤差,這意味著移動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間的距離不得不減小許多,以保證系統(tǒng)有效地工作。 現(xiàn)在虛擬參考站技術(shù)VRS(VirtualReference Sta-tions)的誕生,使測量員一進(jìn)入測區(qū)的任何一點(diǎn)就能立即開始GPS高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK測量,。這一創(chuàng)新的定位理論思想是采用了固定參考站網(wǎng)絡(luò)來合成“虛擬參考站”,使測區(qū)內(nèi)每個(gè)測量員都能使用,它能得到厘米級的精度,并大大增強(qiáng)系統(tǒng)的性能和可靠性,。 7.1VRS的工作原理和方法 VRS系統(tǒng)集GPS、Internet,、無線通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)于一身,。整個(gè)系統(tǒng)是由若干個(gè)(3個(gè)以上)連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站和一個(gè)GPS網(wǎng)絡(luò)控制中心構(gòu)成。它利用固定參考站上的數(shù)據(jù)對工作區(qū)域內(nèi)的誤差進(jìn)行模型化處理,該模型用來生成一個(gè)靠近流動(dòng)站位置的虛擬參考站”,它能向流動(dòng)站接收機(jī)提供“本地化”,、標(biāo)準(zhǔn)化格式的修正信息,。 VRS的工作原理:固定參考站的GPS觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過通訊鏈不停地被傳送到VRS中央服務(wù)器,對每臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢測,去除大的粗差并修正周跳。完成對數(shù)據(jù)完善性檢測,中央服務(wù)器會(huì)通過分析雙差觀測量來計(jì)算電離層誤差,、對流層誤差和星歷誤差,。這些誤差對網(wǎng)內(nèi)任一流動(dòng)站的影響也被模型化,因此常規(guī)RTK定位的系統(tǒng)誤差能被明顯地剔除。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)流動(dòng)用戶為得到虛擬參考站,必須向中央服務(wù)器提供自身的近似位置,可以通過蜂窩通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的NMEA GGA數(shù)據(jù)串來完成,。中央服務(wù)器自動(dòng)接收該近似定位信息,并對給定的位置進(jìn)行幾何替代處理,通過內(nèi)插修正過的星歷誤差,、電離層和對流層誤差,為該流動(dòng)站生成一個(gè)“虛擬參考站”。然后再生成一組標(biāo)準(zhǔn)格式的改正信息,并通過蜂窩通訊設(shè)備由控制中心傳送給流動(dòng)站,。流動(dòng)站測量員接收VRS中央服務(wù)器給出的修正信息,就像參考站在身邊一樣,。 7.2 VRS的性能及優(yōu)勢 與常規(guī)RTK系統(tǒng)相比,基于VRS移動(dòng)定位系統(tǒng)進(jìn)行的RTK定位性能主要在兩方面得到大幅度提高。典型的RTK系統(tǒng)定位精度和可靠性隨著流動(dòng)站與基站之間的距離的增加而降低,?；€距離小于10 km時(shí),可以達(dá)到厘米級定位精度,實(shí)時(shí)定位性能較為可靠。但當(dāng)基線距離大于20 km時(shí),系統(tǒng)的初始化時(shí)間大大增加,定位精度降低為分米級。當(dāng)基線距離大于60 km時(shí),無法進(jìn)行初始化,實(shí)時(shí)定位失敗,。 在參考站數(shù)據(jù)相同,參考站間距離在60 km以上的情況下,常規(guī)RTK系統(tǒng)的可定位區(qū)域面積小于整個(gè)參考站網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的30%,且定位精度和可靠性分布不均勻,隨流動(dòng)站與基站之間的距離的增加而降低;采用VRS移動(dòng)定位技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK工作時(shí),系統(tǒng)的可定位范圍覆蓋整個(gè)參考站網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的100%,且精度分布均勻,可達(dá)到厘米級實(shí)時(shí)定位精度,。 定位精度測試證明,在參考站間距約為70 km,流動(dòng)站與參考站最近距離為32 km的情況下,VRS定位技術(shù)的平面精度可以達(dá)到1 ~3 cm,高程精度可以達(dá)到3 ~5 cm,該精度相當(dāng)于采用常規(guī)RTK定位時(shí),流動(dòng)站與基站間距僅為2 km時(shí)的性能,VRS技術(shù)的確使定位精度得到了明顯提高,。 國際上已有少數(shù)城市建立了RTK網(wǎng),，我國也正在試圖建立了RTK網(wǎng)。連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)的建立不僅僅有利于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,而且周邊城市發(fā)展也將受益,。該系統(tǒng)的建立不但可以大大提高測繪精度,、速度與效率,降低測繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本,省去測量標(biāo)志保護(hù)與修復(fù)的費(fèi)用,節(jié)省各項(xiàng)測繪工程實(shí)施過程中約30%的控制測量費(fèi)用,而且可以對工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效,、長期的變形監(jiān)測,對災(zāi)害進(jìn)行快速預(yù)報(bào),。 |
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