GPS RTK工程测量精度影响因素的探讨

庆先华

摘 要：GPS RTK 技术在测绘生产中被广泛运用，其具有实时性强、直观快捷、点位误差不累积等优点，其缺点是定位精确度受多种因素制约。本文就GPS RTK工程测量精度影响因素进行探讨，并且提出了相应的优化措施，以确保测量的精度。

关键词：GPS RTK；精度；影响因素；优化措施

GPS RTK 技术是 GPS 测量技术的发展分支，其具有实时性强、直观快捷、点位误差不累积等优点，所以在测量工程中得到了广泛的运用，但是影响GPS RTK 定位精度的因素有很多方面，如果忽视其中一方面，或是不重视这些因素，测量的结果就会存在很大的误差。笔者结合自身多年的从业经验，对RTK 测量精度的影响因素进行分析和探讨，并提出相应的优化措施，希望可以提高RTK 测量精度，以满足工程测量的需求。

1、GPS RTK 测量的原理及误差分析

RTK 定位技术是以基准站为测量的中心，其他移动站相对于基准站进行定位，并且是实时动态测量。在测绘的过程中，两台GPS 接收机之间需要用一套无线数字通讯系统作为数据链进行数据的传输。基准站通过电台将观测信息和数据传输给移动站，然后移动站将这些信号进行差分处理，得出两站之间的基线值，并且要输入对应的坐标转换和投影参数，最后才能测量出测点的坐标。

实时 GPS 系统主要是由GPS 信号接收系统、数据实时传输系统以及数据实时处理系统三个部分组成，同样地，在GPS RTK 定位过程中存在着三部分的误差：第一部分误差主要有卫星图形、GPS 卫星星数、大气状况、星历误差、对流层误差、电离层误差、传播延迟误差、卫星钟误差等等，其中有些因素用户无法控制，但是像卫星钟误差、星历误差这些因素可以用差分技术将其消除，像电离层误差、对流层误差、传播延迟误差只能是将其消除大部分，而剩余的误差则与移动站和基准站之间的距离有关，即距离越大，误差越大。第二部分误差来自RTK 系统，比如内部噪声、天线相位中心变化、数据链、通道延迟轨道误差、多路径效应、接收机位置误差、信号干扰、天线类型和处理软件。第三部分误差来自于基准站转换误差，比如：大地水准面差距的内捕误差、坐标系统转换误差、已知控制点的误差，这些误差要选用严密的转换模型和高质量的起算数据，还要用检核的方法进行精度的验算。

2、控制点内在精度对 RTK 的影响分析

通常情况下，我们使用的坐标系是北京 54 坐标系或西安 80 坐标系，而GPS 直接测量出的是 WGS-84 坐标，所以对于最后的测量结果，我们还要将其转换为我们需要的坐标。我们采用的软件是将平面和高程分别转换的，平面坐标的转换方法是将GPS的测量结果头影城平面坐标，然后用已知的控制点对二维相似变换的四参数进行计算。而高程坐标的转换方法是先用平面拟合或二次曲面拟合模型，然后利用已知的水准点计算出测区的待测点的高程异常，最后求出它们的高程即可。

为了能够提高精度，在测量过程中要尽可能地做到以下几点：1）确保有足够数量的控制点。通常来说，为了确保拟合精度，平面控制点最起码要有3个，高程控制点根据地形地貌等条件，要求不少于4个；2）确保控制点的有效性和合理性。有效性即控制点的控制范围要能够覆盖到整个测区，合理性即控制点的分布要满足均匀分布在测区周围；3）确保控制点的精确度。控制点本身要具有很高的精度，并且控制点要能够相互关系精确的WGS84 坐标和测区坐标，这样才能保证在转换结果的准确性。

3、GPS RTK 外业观测方法对精度的影响

3.1 基准站

基准站的位置对GPS RTK 的测量精度有一定的影响，对此，我们做了一个试验，将基准站分别架设在测区的中间和一端，然后对测量结果进行对比分析。下面是两种情况下的数据信息，平面坐标为一级 GPS 静态平差数据 ，高程为四等水准高程，其中C 为一级GPS 静态平差数据。各点的位置如下图表示：

根据上面的表我们可以得出结论：当基准站架设在测区中央的时候，误差分布较小并且均匀，当基准站架设在测区一端的时候，与基准站的距离越远，其移动站测量的结果误差越大。

3.2 移动站

移动站是实时的差分计算，基准站和移动站同时观测卫星数据，基准站通过发射电台将载波相位信号发给移动站，移动站在接收基准站发射出来的信号之外还要接收卫星信号。在接收这两种信号的前提下，移动站可以利用固化软件进行差分计算，以确定基准站和移动站之间的位置关系。在整个过程中，观测条件和信号源等因素会对测量结果产生影响，这就造成测量结果的误差。在实际的工程测量中，我们不断尝试，不断积累经验，目前总结出了一些优化方法，来弥补目前的GPS 技术的缺陷，以提高GPS 技术的测绘精度。具体方法有：1）尽可能地将基准站架设在较高的位置；2）严格控制控制点的距离，使其满足控制点间距小于RTK 有效作业半径的 2/ 3 倍；3）同一个测区内，在环境较为恶劣的地区多设一些控制点；4）提前掌握测区的卫星分布情况，可以通过星历文件进行了解，避免控制點设置在卫星信号盲区和中午电离层干扰大的区域；5）如果测区是植被茂盛的地区，可以将常规方法和GPS 技术相结合的手段来弥补环境的不足。

4、RTK 测量成果的质量控制

根据以上内容可知，影响RTK技术测量精度的因素主要分为内在因素和外在因素两种。要想提高测量精度，必须要对RTK 测量进行质量控制。结合笔者在外业测量的经验，提出了以下几个控制RTK 质量的方法：

1）以较高等级的点作为仪器校正的试点，之后再对已知点进行检核，缩短基线距离，对仪器高和流动站高进行精确地测量，选择最优的卫星分布方案，降低多路径误差和对流层延迟误差对测量结果的影响；

2）在测量之前要先对前一天的点进行测量比较。在初始化成功之后，要重新测量1个或者是2个已经测量过的RTK 点，在确保测量结果没有错误之后再进行新的测量工作；

3）对于已知点的布设要参考测区似大地水准面变化情况。不同的测区对应着不同的拟合模型，另外还要检核已知点，从而降低已知点精度低所造成的损失；

4）均匀分布联测的几何水准的点位，并且要在测区周围布置几何水准联测点，使其形成包围整个测区的多边形。不得将拟合 GPS RTK 计算高程时外推。

5、结论

综上所述，GPS RTK 测量精度受到多种内部因素和外部因素的影响，但是通过一些方法或是手段可以对其进行质量控制，所以在实际的工程测量中，只要做好质量控制， GPS RTK 测量的精度符合各种测量的规范要求，其质量完全可以得到保障。

参考文献

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[2]张凤举，王宝山.GPS定位技术[M].北京：煤炭工业出版社，1997.

[3]马捷.提高GPS RTK测点精度和可靠性的探讨[J].中州煤炭，2003（140）.