GPS-RTK毫米级精度测量研究分析

柏统理 康永哲 冯超

摘要：现在人们普遍认为GPS只能测量 到公分级精度，而且现在RTK精度也在不断提高，所以我们认为RTK应该有达到毫米级测量精度的可能。因此，今天我们抱着学习的态度，将我们近年来关于RTK毫米级精度测量的研究实验成果拿出来与广大测量爱好者共同学习、研讨。

关键词：RTK毫米级测量

Abstract: it is widely believed that GPS can only measure to cm level precision, and now RTK precision continuously improved, so we think RTK should have reached millimeter the accuracy of measurement of may. So, today we embrace learning attitude, will we in recent years RTK millimeter precision measurement on the research results of the experiment with them the measurement study together, discussion lovers.

Keywords: RTK millimeter measurement

中图分类号：O353.5 文献标识码：A 文章编号：

一、RTK实现毫米级精度的可行性

1、首先在工作实践中我们发现RTK在很小的基线范围内。例如在几百米以内数据的确 能稳定在几个毫米以内。

2、RTK和相对定态定位都属于相对定位，既然定态定位能达到5毫米精度，RTK也就能达到这一精度。

3、虽然定态仪器采用长时间大量数据的平均值，但是老式单频仪器的采样频率很低，老式仪器做定态都能达到5毫米的精度，今天的RTK采样频率很高，在短时间内的采样数据量不亚于老式仪器长时间的数据采集量。所以有可能达到同样的精度。

4、多路径效应是一个与地面自然环境有关的复杂问题，个另情况下影响仪器正常工作，从理论上讲它每时每刻都存在，与卫星位置有关，这将导致不同时段观测结果的差异，但没有理由说影响都在一公分以上。

5、根据卫星载波相位精度原理可以推知其能达到毫米级精度。

6、对于卫星轨道误差，电离层漂移及大气折射都与基线长度有关，我们可以选择一定的基线长度范围，看在多长基线条件下能达到毫米级精度。

7、长期以来GPS一直侧重于大范围测量问题，对于目前1公分的加常数据误差，所谓的零基线误差，是在以公里为单位情况下统计出的结果，不能说明更小范围1公里以下的测量问题。

二、实验过程

1、实验目的：

（1）、验证RTK能达到毫米级测量精度，从而将它运用于更多的行业领域中，极大的提高工作效率。

（2）、RTK实验毫米级测量精度时应注意那些问题。

（3）、目前RTK的局限性以及改进和发展的途径。

2、实验设备配置

系统组成：V8CNSS-CR4 基准站V8CNSS-CR4流动站（内置UHF电台） UH-3000N可调电台手持控制器（windows CE） 软件系统为HI-RTK手薄软件 电池：内置高能锂电池5400MA可连续工作20小时，采用35W电台时需外接电源。

3、实验过程和实验数据

本实验中我们分别对200m、500m、1000m基线条件下做了测量实验。

（1）、200m基线条件下的测量数据如下：

①同一点多次重复观测的精度情况：

同一点多次重复观测，在不同的日期和时间独立的进行了两次，其平面精度分别为2.7和2.1mm,高程精度为4.7mm

②独立双观测列的精度情况：

各组双观测列的精度情况：

组名 X差中误差 Y差中误差 X单中误差 Y单中误差 点位中误差

根据以上的独立双观测列数据的统计计算,点位平面精度平均为4.8 mm。由于每次仪器高不能完全保证相同，人工量取的仪器高误差太大，其说明不了高程问题，所以本次实验研究不考虑研究其高程问题，直针对于平面精度而言。

（2）、500m基线条件下的测量数据如下：

本次测量表明采用固定基站模式，由于没有点校验误差，双观测列数据的精度较好，虽然基线长度放长到了500米，但统计出的精度比200米基线时的双观测列精度略高，这是因为200米基线时采用的是未知点设站的基站模式，总存在着一个点校验的误差，虽然误差统计计算时坐标进行了归零，但归零点的坐标是一个平滑观测的观测值，它存在着一次平滑观测的平滑值误差，在归零后的坐标值中，都含一个归零的坐标误差，坐标归零相当于将点校验精度提高到了平滑值精度，并不有完全消除点校验误差。

同点多重复的精度，即小取样式与双观测列统计出的结果相同，说明在超短基线条件下如几百米下观测精度主要取决于接收机自身的测量精度，而与两个时间段间环境的差异没有多大关系。

（3）、1000m基线条件下的测量数据如下：

1000米条件下的同一点多重复测量，测定出的点位误差为±0.003米，其双观测列测定出的点位误差为±0.0041米，所以1000米基线条件下的测量证明了RTK能够很好的准确快捷的精确的完成施工放样，而且完全不亚于普通全站仪的放样精度。

三、技术结论

（1）、通过RTK毫米级精度的测量研究，充分证明了RTK在超短基线条件下，在较为开阔的环境下完全能达到毫米级测量精度。

（2）、实现RTK毫米级精度测量应该注意的问题；

①、RTK毫米级精度测量应将半径限定在1公里左右，S86RTK在2公里时明显达不到毫米级，V8在两公里时能否达到还没有试验。

②、RTK毫米级精度测量应采取固定基站或采取基准站架设在已知点上的机站模式。

③、对于厘米级测量在半边天空或稀疏的树荫下都有可能实现，而对于毫米级精度侧需要完全干净的全视场天空，一般应使PDOP在2.0以下。

④、在观测时仪器上方不能有人头或其他物品绕动，卫星方向不能有树枝或电线杆干扰，对厘米级精度没有这方面严格的要求，对毫米级精度而言其会明显影响到毫米级数据的稳定性。

⑤观测时采用三脚基座严格对中正平，不宜使用对中杆。

⑥每次架设机站及整个观测过程中，仪器面板和对中器都保持相对固定的位置，每次对中都面向一个统一的方向去操作，采用一个大致相同的仪器高。

⑦每次作业先开机等待一段时间（约10分钟），使仪器温度稳定后再观测。

⑧电台数据链优于网络数据链。

（3）、目前RTK的局限性以及改进和发展的途径

由于目前RTK在功能和性能上的一些弱点，影响了它在工程上的普及作用，我们为此提出了以下几个方面的合理建议。

①、RTK达到毫米级精度需要干净的全视场天空，如果某方向上有高大建筑或山体遮挡卫星，我们在该方向上有地面控制点，RTK设计成能通过卫星定位的同时又实时测定测站点与已知控制点的距离，通过与已婚知控制点的距离的约束平差，实时解算，可以补救该方向上没有卫星控制的缺陷，以达到毫米级测量精度。

②、RTK在很短时间内（30或10秒）达到毫米级精度，而仪器对中整平却需要多于它数倍的时间，因此我们可以在对中杆上安置姿态修正仪进行姿态修正计算，可解快速对中的需要。

③、现在的OEM5系列RTK只采用了十分之一的卫星数据采集量进行解算，由于毫米级测量范围较小，无线传播数据相对可靠，我们可以考虑建立高密度的电台数据链，充分利用主板的采集数据，如果主板采集的数据全部利用，有希望在1秒钟达到毫米级精度，所以有必要生产工程专用型高精度RTK。

④、对于工程设计数据系统还没有加密保护功能，任何人都可更改，这是比较危险的，所以软件应立即改正完善。

四、结束语

RTK作业模式作为GPS测量的新技术，改革了传统测量模式，大大的提高了工作效率，就因为RTK的方便、精确而被广泛用于各种行业中，而且随着它的测量精度被提高到毫米级后，相信RTK将来会被运用于更加宽广的领域。

参考文献：

[1]密长林RTK测量作业的误差分析及质量控制 北京电力高等专科学校学报2009（07）

[2]罗永权RTK在市政工程测量中的应用 测绘通报2006（07）

[3]熊法堂、彭玉明 GPS RTK 高程测量试验精度分析中国学术会议论文数据库2006

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。