网络ＲＴＫ在工程测量中的应用及误差分析

2009-09-10田春华王文革

中国新技术新产品 2009年16期

田春华　王文革

摘要：随着全球卫星定位技术、计算机技术、网络和通讯技术的迅速发展，网络RTK技术已日益成熟，其应用范围也日益扩大，网络RTK在相关工程测量中的应用也越来越普及，其高效率、高精度、高可靠性赢得了广大测绘工作者的青睐。本文对目前已广泛应用的网络RTK技术进行介绍，并对其原理、应用、发展及误差进行探讨。

关键词：网络RTK；VRS；工程测量；误差分析

１关于网络RTK

关于网络RTK的出现，得益于现在高科技的发展，是集internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术于一身的网络系统。

１.1VRS技术

网络RTK的核心技术就是VRS技术，VRS就是虚拟参考站（Virtual Reference Stition）的意思，与常规RTK不同，VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯发给控制中心，同时，移动用户在工作前，先通过GPRS的短信功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体地改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证测量成果的精度。

１.2VRS系统

共分三部分：

１.2.1控制中心

整个系统的核心，它既是通讯控制中心，也是数据处理中心，它通过通讯线与所有的固定参考站通讯，通过无线网络（GPRS 、CDMA…）与流动站通讯，由计算机实时系统控制整个系统的运行。

１.2.2固定站（连续运行的参考站）

固定参考站是固定的GPRS接收系统，分布在整个网络中，网络中可包括无数个站，一般情况下，站与站之间的距离可达70公里，固定站与控制中心之间有通讯线相连，数据实时地传送到控制中心。

１.2.3流动站

流动站就是GPRS接收机，加上无线通讯的调制解调器，接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。

２网络RTK在工程测量中的应用

网络RTK的产生，使动态GPS的外业工作的质量和效率得到了很大提高，只需要利用无线网络登录控制中心，即可获得高精度的定位服务。

２.1虚拟参考站的建立和初始化

在野外打开GPS接收机以后，通过无线网络向控制中心发送流动站的概略坐标，控制中心在收到此信息后，通过分析，生成一个距流动站几米到十几米的虚拟参考站，此参考站向流动站发送TCRM格式的改正信息，流动站在接收到虚拟参考站发送来的改正信息后在很短的时间内便可完成初始化。

２.２网路RTK的数据采集

流动站完成初始化后，便可以进行数据的采集。此时数据的采集方式跟常规RTK是一致的，只要流动站所在位置能同时观测到至少4颗以上的卫星，网络RTK就能正常工作，以保证其精度，相对于常规RTK来讲，网络RTK不需要考虑其与基准站之间的距离，因为流动站与基准站之间并没有进行相互通讯，流动站所获得的改正信息，是来自于控制中心。

２.３数据的处理

网络RTK所采集的数据的处理方式与常规RTK所采集的数据的处理方式是一样的，将所测数据下载到电脑中，将数据转换成数据处理软件所需要的相应的格式，如CASS软件要求文件为（.dat）类型。

２.４网络RTK在各种工程测量中的优势

与传统RTK相比，网络RTK的效率更高，它不需要用户自己建立基准站，节省了作业时间，这种优势在带状地形图测绘中尤为明显；网络RTK测量模式具有多样性，可以采用单基站模式，多基站模式等等，而常规RTK只能采用单基站模式，且流动站与基准站之间是直接通讯的，这就要求两者的通讯设置是一致的，网络RTK覆盖范围更加广泛，其改正信息的发送，受测区内地形和地势影响较常规RTK小。

３网络RTK的测量误差分析

网络RTK跟常规RTK一样，受多种误差的影响，这些误差包括卫星残差、接收机残差、对流层延迟误差、电离层延迟误差、多路径误差等等，要实现高精度动态实时定位，就必须减弱或消除上述误差。由于各种误差的影响因素不一样，所以要减弱或消除相应的误差，采取的措施也是不一样的。

３.1对流层延迟误差

对流层延迟误差，是由于载波信号在穿越大气层的过程中，受大气折射的影响使得载波的传播路径和传播速度发生改变而产生的，由于对流层大气的不稳定性，很难将对流层延迟误差模型准确化，通常用于改正对流层延迟误差的模型有：霍普菲尔德模型、萨斯塔莫宁模型、博兰克模型。在网络RTK中，基准站间距较大，对流层延迟误差残差仍然存在。

３.2电离层延迟误差

电离层延迟误差，是由于空气的分子中的分子电离成为带有正负电荷的离子。载波信号在穿过电离层的过程中，由于受到离子的作用而使传播的路径和速度发生了改变。延迟误差的大小，取决于电子密度的大小，在网络RTK中，由于基准站间距较远，通过站间差分也不能完全消除电离层误差对观测量的影响。对电离层延迟误差的改正，可以采用以下几种方式：

根据全球各电离层观测站长期以来积累的大量观测资料来拟合电离层模型，建立经验改正公式；利用电离层的色散效应建立双频改正模型；利用若干个GPS基准站上的双频观测值来建立相应区域的电离层延迟改正模型。

３.3多路径误差

多路径误差是由于接收机接收到来自测站附近的反射物所反射的卫星信号与直接来自卫星的信号产生干涉，从而使观测值偏离了真值所产生的。多路径效应严重影响测量精度，为了减弱多路径效应的影响，在选择基准站站址时，应尽量选在平坦开阔的地方，仪器也应选择具有抑制多路径效应产生的抑经圈或者抑径板，同时延长观测时间。

４网络RTK的误差评定标准

对网路RTK系统精度的评定，通常是以系统的内附合精度和外附合精度两方面来进行的。

４.1系统内符合精度的评定。

系统的内附合精度，可用下式来表示：

M=±√（【△△】/n-1）

式中: n 是指每一测点测量值总数； △是测点测量值与相应测量平均值在X .Y .H方向上的差值；M是系统分别在X.. Y .H方向上的内附合精度，反映系统实时定位的稳定性和系统的收敛性。

４.2 系统外附合精度的评定

系统的外附合精度，是指利用测点的WGS-84坐标转换成相应的地方坐标系下的坐标后，与该坐标系下的该测点已知值相比较所得的结果。可用下式表示：

δ=±√（【θθ】/N）