gps-rtk技術(shù)的誤差分析及質(zhì)量控制

1、<p>　　GPS-RTK技術(shù)的誤差分析及質(zhì)量控制</p><p>　　摘要：GPS-RTK技術(shù)以其高效率在測繪領(lǐng)域發(fā)揮著重 要作用，減少誤差提高精度是GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵。本 文從分析GPS-RTK技術(shù)的各項(xiàng)誤差來源出發(fā)，通過采取措施 提高RTK定位的精度，從而加強(qiáng)質(zhì)量控制。采用GPS-RTK定 位技術(shù)的精度及效率在工程中得到驗(yàn)證。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS-

2、RTK技術(shù)；誤差分析；質(zhì)量控制 分類號：F253文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A</p><p>　　GPS-RTK定位的原理</p><p>　　GPS-RTK技術(shù)是一種高效的定位技術(shù)，它主要就是利用 2臺以上的GPS接收器同時(shí)接受衛(wèi)星信號，2臺機(jī)器的安置 點(diǎn)和接收系統(tǒng)都不一樣。其中一臺安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上，它 作為的是基準(zhǔn)站。而另一臺則是用來測量未知坐標(biāo)點(diǎn)，也稱 為移動站。基準(zhǔn)站是依據(jù)準(zhǔn)確的坐標(biāo)點(diǎn)求出其衛(wèi)

3、星距離的改 正數(shù)，并且將改正數(shù)最后發(fā)送到移動站，移動站在根據(jù)改正 數(shù)來判斷其定位的結(jié)果，從而大大的提高了精確度。RTK技 術(shù)即載波相位差分的技術(shù)，是載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分方法。</p><p>　　GPS-RTK定位誤差分析</p><p>　　2. 1、RTK定位的誤差</p><p>　　一般情況下，可以分為兩種誤差：其一為同儀器和GPS 相關(guān)的誤差，其中主要包括

4、相位中心變化、軌道誤差和觀測 誤差等；其二就是通過信號傳播有關(guān)的誤差，其中主要包括 電離層誤差、對流層誤差和信號干擾等。對于所固定的基準(zhǔn) 站來說，同儀器和GPS相位相關(guān)的誤差可以通過各種校正的 方法來削弱，通信號傳播相關(guān)的誤差與移動站到基準(zhǔn)站的距 離成正比，因此RTK技術(shù)有效的作業(yè)距離都是半徑的。</p><p>　　2.2、同儀器和GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差</p><p><b>

5、　　天線相位中心變化</b></p><p>　　主要的原因就是由于天線的機(jī)械中心并沒有與電子相 位中心全面覆蓋，兩者之間沒有相互重合，而且電子相位中 心呈現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動，它取決于接收位置。而且電子相位中心 是變化的，它取決于接收信號的頻率和方位等。天線相位中 心的變化，可以使得點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差達(dá)到4厘米左右。因此， 天線相位中心的變化對于RTK定位精度的影響很大。在實(shí)際 的作業(yè)過程中，可以通過觀測值的求

6、差來削弱相位中心偏移 的影響，這就要求對于接收器的天線必須要按照天線附近的 方位進(jìn)行坐標(biāo)的定向，必要的時(shí)候應(yīng)該進(jìn)行天線的檢驗(yàn)校 正。</p><p><b>　　軌道誤差</b></p><p>　　目前來說，隨著定軌技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，軌道之間 的誤差就在8米左右，其影響到的基線的相對誤差也不到 lppm。就對于短基線來說，其對于結(jié)果的影響也是不可忽略 的，但是，

7、對于20千米到30千米的基線則可以到迖2到3</p><p><b>　　厘米。</b></p><p><b>　　衛(wèi)星鐘差</b></p><p>　　鐘差可以通過對衛(wèi)星鐘運(yùn)行的狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測進(jìn)行精 確的確定，鐘差對傳播距離之間的影響不會超過6米，影響 基線的相對誤差也在0. 2ppm,對于RTK觀測的影響可以暫不 考

8、慮。</p><p><b>　　觀測誤差</b></p><p>　　觀測的誤差主要就是對于中、整平和天線高量取的誤 差。要求對于儀器必須要認(rèn)真細(xì)心的假設(shè)，要有責(zé)任心，對 天線采取兩次量取，量取的部位必須要準(zhǔn)確，不能存在誤差 的錯(cuò)誤。</p><p><b>　　坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換誤差</b></p><p&

9、gt;　　坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的精度損失，GPS測得的是WGS84坐標(biāo)， 該坐標(biāo)要經(jīng)過投影、轉(zhuǎn)換才能變成施工中使用的地方坐標(biāo) 系，在轉(zhuǎn)換過程受投影變形、施測精度、區(qū)域地形等的影響 會造成精度損失；</p><p>　　2.3、同信號傳播有關(guān)的誤差</p><p><b>　　電離層誤差</b></p><p>　　電離層引起電磁波的傳播延遲而產(chǎn)生了誤

10、差，其延遲的 強(qiáng)度主要和電離層電子分布的密度相關(guān)，電離層的電子密度 隨著太陽黑子的活動狀況、地理位置和季節(jié)等的不同在變 化，白天是黑夜的五倍，冬季是夏季的五倍，太陽黑子活動 最強(qiáng)的時(shí)候是最弱時(shí)候的四倍。對于電離層的誤差，可以采 取以下的方法消除和減弱：利用雙頻接收器將L1和L2之間 的觀測到的參數(shù)進(jìn)行線性組合來消除電離層對其產(chǎn)生的影 響；利用兩個(gè)以上觀測站同步測量求差的方法；利用電力層 模型進(jìn)行改正。實(shí)際上，在RTK技術(shù)中已將考慮了上述

11、的因 素和方法，但是在太陽內(nèi)部核運(yùn)動最強(qiáng)的時(shí)候，RTK測量無 法進(jìn)行。</p><p><b>　　對流層誤差</b></p><p>　　對流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)間高差密切相關(guān)，高角度在 直角的時(shí)候可以使得電磁波的傳播路徑在2到3米，當(dāng)高度 角在10°的時(shí)候高達(dá)20米左右。對于對流層的誤差，可以 采取以下集中方法進(jìn)行消除和減弱：衛(wèi)星高度角不能小于 15&#

12、176; ;利用對流層的模型進(jìn)行改正；也可以利用兩個(gè)以上的 觀測點(diǎn)同步觀測測量，然后求差。</p><p><b>　　多路徑誤差</b></p><p>　　多路徑誤差是最嚴(yán)重的RTK定位測量誤差。多路徑誤差 受天線周圍水分子的密度，空氣濕度和風(fēng)向等的影響。多路 徑測量的誤差一般都不會超過10cm，在高反射的環(huán)境下常大 于10cm。上述誤差可采用下列措施給予削弱：其

13、設(shè)計(jì)一種可 以扼流天線或者使用具有減弱多徑誤差的技術(shù)天線；要選擇 具有開闊的地形、具有無反射面的點(diǎn)位；利用附近鋪設(shè)吸收 電波的材料的基地站進(jìn)行不間斷的實(shí)驗(yàn)，將其誤差值無限趨 近于0。</p><p>　　GPS-RTK定位的質(zhì)量控制</p><p>　　3.1、校正點(diǎn)參數(shù)選擇要求</p><p>　　建模時(shí)校正點(diǎn)位的水平殘差和垂直殘差應(yīng)小于5cm，當(dāng) 有大于5cm

14、情況時(shí)應(yīng)具體分析，核對己知數(shù)據(jù)，查看周圍環(huán) 境，或利用周圍的已知點(diǎn)位來替代。</p><p>　　3.2、點(diǎn)位選擇要求</p><p>　　選擇點(diǎn)位時(shí)應(yīng)滿足GPS觀測要求，觀測的時(shí)間采用點(diǎn)位 幾何圖形強(qiáng)度(PD0P)因子值小的時(shí)段，正常情況下中午不 適合進(jìn)行RTK的檢測，這時(shí)的測量效率較低，因此，必須要 早出晚歸，利用一個(gè)最佳時(shí)間進(jìn)行RTK檢測，保證其結(jié)果的 準(zhǔn)確性和精確度。</p

15、><p>　　3.3、機(jī)內(nèi)精度的設(shè)置注意事項(xiàng)</p><p>　　設(shè)置機(jī)內(nèi)精度時(shí)保留一定的精度儲備，這樣可以使收斂 較慢的點(diǎn)位觀測精度會提高。</p><p>　　3.4、RTK觀測架站要求</p><p>　　為了減少對中誤差和初始化的收斂程度，這就要求對于 RTK觀測架站要放置腳架，觀測的時(shí)候不得少于2分鐘。</p><

16、;p><b>　　3.5、重復(fù)觀測</b></p><p>　　采取重復(fù)觀測的方法來提高點(diǎn)位精度。一般來說，控制 點(diǎn)點(diǎn)位需要獨(dú)立測量兩次，當(dāng)觀測點(diǎn)的坐標(biāo)差值小于等于 ±5厘米左右，取中數(shù)作為最終的結(jié)果。</p><p><b>　　3.6、解決盲點(diǎn)</b></p><p>　　導(dǎo)致盲點(diǎn)最重要的原因接受數(shù)據(jù)

17、鏈的信號有問題，首先 將流動站和基準(zhǔn)站天線的高度提高，流動站的天線為保證結(jié) 果的精度可采取長垂準(zhǔn)桿架的方法。為了更好的解決盲點(diǎn)， 那么就要不間斷的進(jìn)行反復(fù)測試，如果這種方法也不行，那 就必須要考慮搬站。如果造成盲點(diǎn)是另外一個(gè)原因就是接收 衛(wèi)星狀況不良，那么應(yīng)該在盲點(diǎn)周圍加測根控制點(diǎn)，方便于 全站儀的補(bǔ)測。</p><p>　　3.7、加強(qiáng)觀測中的校核</p><p><b>　　

18、已知點(diǎn)檢核比較法</b></p><p>　　就是所在布測控制網(wǎng)的時(shí)候采取靜態(tài)的GPS或者全站儀 多測出一些控制點(diǎn)，然后在采取RTK對這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn) 行測量和審核，對于出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的改正。</p><p><b>　　重測比較法</b></p><p>　　在初始化成功之后，首先測量與對于已經(jīng)檢測過的RTK 的精密度的控制

19、點(diǎn)，在確認(rèn)無誤之后在進(jìn)行RTK的測量。</p><p><b>　　電臺變頻即時(shí)檢測法</b></p><p>　　在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)建立兩個(gè)以上的基準(zhǔn)點(diǎn)，每一個(gè)基準(zhǔn)站的 改正數(shù)據(jù)都使用不同的頻率，流動站可以采取變頻開關(guān)選擇 性的分別接受每一個(gè)改正后的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，從而得到兩個(gè)以 上的結(jié)果，通過比較這兩者之間的結(jié)果就可以判斷出來其質(zhì) 量的優(yōu)劣。</p><

20、p>　　以上方法中，常用的是己知點(diǎn)檢核比較法和重測比較 法，一般情況下規(guī)定校核較差應(yīng)小于等于±5厘米左右。</p><p><b>　　結(jié)束語：</b></p><p>　　GPS-RTK定位技術(shù)相比常規(guī)測量及靜態(tài)GPS測量來說， 大大的提高了作業(yè)的效率。目前來說，選擇高度精密而且抗 干擾性強(qiáng)的RTK儀器，通過全面的質(zhì)量來保證其措施，這樣 就可以得到更