GPS基站与转换参数对RTK测量误差的影响

李晓斌

[摘 要]本文首先介绍了GPS-RTK测量技术的概念和原理，卫星本身、卫星信号传播以及接收设备等方面详细分析了引起RTK测量误差的原因，并针对这些原因提出相应的质量控制对策。

[关键词]RTK；误差；质量控制

中图分类号：P207.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0384-01

1 引言

全球定位系统即GPS（Global Positioning System），其定位技术有精度高、自动化、全天候、效率高等优势。随着科学技术的不断发展，GPS在各个行业得到了广泛的应用，目前已经成为现代工程测量的一种主要手段。RTK测量技术是GPS应用的重大里程碑，它极大地提高了工程测量的准确度和效率，使工程测量成果的质量得到了质的提高。

2 GPS-RTK测量技术概述

RTK（Real-timekinematic实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，主要应用于图根控制测量、像控测量、地形测量以及施工测量等测绘活动中，其特点为精度高、实时性、快捷性，可靠性以及易用性。

RTK技术的工作原理[1]为：参考站接收机在本身进行GPS测量的同时，通过无线电台等数据链设备，实时的将其测量信息和键入信息发送给流动站，流动站则通过接收电台接收来自参考站的信息，并通过测量手簿的内置软件，在系统内形成差分观测值，组成差分方程，实时的解算出待测点在WGS84地心坐标系下的三维大地坐标和相应的精度指标。然后对GPS测量成果进行坐标转换、投影变换以及高程拟合等一系列的操作之后，即能满足工程测量的需求。正是由于RTK技术应用于工程测量时必须要进行基准转换，转换方法的不同以及转换的模型误差使得RTK测量的精度无法保证。所以，要对RTK测量的成果进行质量控制。

3 产生GPS-RTK测量误差的因素分析

3.1 与卫星有关的误差及分析

3.1.1 卫星星历误差

多种摄动力对GPS卫星的作用是导致卫星星历误差的原因，这些摄动力的作用没有规律性，会使卫星作为已知点参与单点定位的精度受到影响。

现在，解决这种误差的办法有两种：一是独立定轨，保证导航和实时定位可靠性的精度；二是轨道松弛法，在平差过程中，把卫星轨道当作初始值，卫星轨道改正数为未知数，最后同时求出测点坐标和轨道改正数[2]。

3.1.2 卫星钟差

实际测量中卫星钟和接收机钟时间差大概在1ms内，其误差的等效距离大约为300km。目前，通过对卫星钟运行状态的持续监测，然后建立钟差改正模型，可以将误差控制在6m以内，其影响可以忽略不计。

3.1.3 观测误差

观测误差主要是对中误差，整平及天线高量取的误差，这种认为误差要求操作人员要对仪器认真细心的架设，多次量取，且量取部位要准确。

3.2 卫星信号的传播误差及分析

3.2.1 电离层误差

电离层会改变GPS卫星信号的传播路径，使之产生传播延迟从而产生误差。通常采用以下方法来减弱电离层的误差：利用双频观测；采用电离层模型加以修正；用两台及以上仪器同时观测，并提取观测值之差。

3.2.2 对流层误差

对流层会使GPS卫星信号发生折射现象而改变其传播路径，使之产生传播延迟从而产生误差。可以采用以下方法对流层的影响：采用对流层模型加以修正；在数据平差过程中一起求解对对流层有影响未知因素；用两台及以上仪器同时观测，并提取观测值之差。

3.2.3 多路径效应误差

多路径效应误差是RTK测量误差中最严重的误差。高反射物体的反射作用的影响范围一般在5～9cm，环境糟糕时甚至能达到15cm。目前可以采用以下方法减弱多路径效应误差：选择合适的测站位置，要尽量远离高反射物体，如成片的水域、信号塔、雷达站、高层建筑物、山谷等；选择合理的天线，如扼流圈天线；增加测量时间[3]。

3.3 与接收设备有关的误差及分析

3.3.1 接收機钟差

接收机一般采用石英钟，石英钟与原子钟相比误差更大。接收机钟差将会严重影响作业成果的精度。目前通常采用下列方法有效削弱接收机钟差的影响：在求解参数的过程中，将所有时段观测得到的接收机钟差都当作独立的未知数进行求解；在接收机钟差和时间之间建立全正确可靠的函数关系式；也可以通过在卫星间一次求差的方法来削弱接收机钟差。

3.3.2 天线相位中心位置偏差

接受信号的频率、方位角和高度角的不同，会引起天线相位中心的变化，从而使点位坐标的误差达到3-5cm，对RTK定位精度的影响很大。在实际测量工作中，通常采用对观测值求差的方法来减弱这种影响：采用同种型号的仪器，在相距不远的两个或多个观测站上，同步观测同一组卫星，通过观测值求差实现。

3.4 其他因素误差

其他的误差因素主要包括坐标转换参数误差、参考站坐标误差、地球自转的影响。

4 做好GPS-RTK测量数据质量控制对策

4.1 精确求解坐标转换参数

GPS-RTK在作业时使用的是WGS-84坐标系统，而在实际工作中所使用的往往是XA80坐标，因此在数据处理时必须进行坐标系的转换，精确地得到坐标转换参数才能使结果更趋近于真实数值。通过多次实践与分析得出：建模控制点必须均匀分布，同时这些控制点要覆盖到整个GPS基准站网，这样求得坐标转换参数才是合理的；另外，可由静态相对定位获得这些控制点更高的点位精度；采用严密的七参数转换法来获得高精度的坐标转换参数，并用已知点检验其精确度。

4.2 正确选择基准站

基准站应满足GPS基本的观测条件外，还必须能够满足“电磁波通视”即能满足电磁波能从基准站发出，通过直射、绕射和发射等方式有效地到达移动站。一般基准站都选在测区中央视野开阔、周围尽量没有成片的水域、信号塔、雷达站、高层建等地点，以便消除或者减弱多路径效应的影响。

4.3 合理选择作业时段

根据经验分析总结得出：点位集合图形强度因子（PDOP）值较大的时间段很容易出现粗差，所以观测作业要避开这些时段进行。而中午12点左右PDOP值相对较大，所以应尽量避开中午时分作业，这样测量的效率和精度很高。

4.4 进行重复观测

通常，所有的控制点需独立测量两次，测到数据后进行重新求解整周模糊度，然后做两次收敛，当这两次求解的坐标差值不大于±5cm，取其平均数当作最终结果。

4.5 解决盲点

为了解决盲点问题，需把基准站架设在地势开阔的位置，同时提高基准站的流动站天线的高度，以有效解决数据链信号接收的问题；如果是点位观测条件不好，可以在该点位附近选择观测条件好的位置加测控制点，然后利用全站仪补测。

4.6 加强观测中的校核

在观测中进行校核有如下两种方法。

（1）已知点检核比较法：在控制网内额外布设几个检核控制点，利用静态GPS测出这些控制点的坐标，然后将RTK测出的数据与这些坐标做校核，及时发现问题并采取正确的方法改正。

（2）重测比较法：当初始化成功后，先选取2个已经测过的或者高精度的控制点进行重测检核，确认无误后再进行正式作业。

5 结语

GPS RTK测量技术的应用提高了工程测量的精度和效率，也带来了更高的经济效益。通过本文的分析，采用相应的质量控制对策，将能提高RTK测量成果的高精度和可靠性。相信随着RTK技术的不断发展，其将会广泛的应用于更多的领域。

参考文献

[1] 王婷婷.GPS测量误差分析及控制[J].电子工程，2008，（3）：20-21.