RTK的精度分析及其在数字化测图中的应用

张 瑞（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁 沈阳 110004）



RTK的精度分析及其在数字化测图中的应用

张 瑞
（沈阳市勘察测绘研究院，辽宁 沈阳 110004）

摘 要：GPS-RTK技术，在今天的测绘工程上是很常见的一种测量技术，其主要应用于控制测量、工程设计、地形测绘以及建设放样等多个工作领域，也是如今发展较为迅速的一种测量技术。当然，精度是一切测量工作的基础，所以精度问题是测绘工作的根本问题。本文以实验的方式，从平面和高程两个方面进行了精度分析，再结合具体事例详细分析了影响RTK测量精度的各种因素，对今后的RTK测量有很好的参考作用。

关键词：GPS；RTK；测量原理；精度分析；误差来源

随着测量技术的发展，GPS技术就已经形成许多成熟的方法，如静态测量、快速静态测量、准动态测量以及动态测量等诸多测量方法，其中不乏有可以达到很高精度的测量方法。例如，静态测量精度可以达到厘米级甚至毫米级，但是观测时间较长，需要记录观测数据和进行事后处理，才能得到观测的坐标。由于RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，所以，定位也会由于遮挡，磁场等原因的干扰，某些时候会导致不可信度的产生，如假值、粗差情况的发生。因此，研究RTK测值的精度状况也是十分必要的。

1　RTK定位原理

1.1RTK的组成

RTK由基准站、流动站、数据链三部分组成。

1.2RTK定位原理

1.2.1RTK测量原理

RTK系统主要是由一个参考站（即基准站）、若干个流动站、数据通讯系统3大部分组成。RTK测量时，基准站将接收到的所有卫星信息及其基准站信息一起由通讯系统传送给各个流动站。各流动站在接收卫星数据的同时还接收基准站传送的信息，当流动站完成初始化工作后，控制器即可根据接收到的信息实时计算并显示出流动站的点位坐标。

1.3RTK测量误差来源及质量控制

1.3.1误差来源

GPS测量定位的误差主要来源于GPS卫星（星历误差、卫星钟差、相对论效应）、卫星信号的传播过程（电离层误差、对流层误差、多路径效应）和地面接收设备（接收机钟差、天线相位中心位置的偏差、接收机不同通道间的延迟误差）。

1.3.2误差统计采用的公式

（1）点位误差（较差）、高程误差（较差）：

式中：△p、△z分别为比测点的点位误差（较差）、高程误差（较差），X、Y、Z分别为比测点的X坐标、Y坐标及高程的原成果，Xc、Yc、Zc分别为比测点的X坐标、Y坐标及高程比测值。

（2）中误差

式中：

m中为统计项的中误差；△为统计项的单点误差（较差）；n为统计项的比测点数。

（3）均方差

式中：

m均方为统计项的均方差；△为统计项的单点误差（较差）；n为统计项的比测点数。

1.3.3质量控制

近年来，随着GPS不断的发展，RTK技术已经得到了广泛的应用。在图根控制、像片控制、施工放样及带状图测绘等诸多方面，取得了优异的成绩。但是，RTK测量也受到了诸多因素的影响，因此，必须对RTK测量成果进行质量控制，以确保实际观测的RTK成果的正确性、可靠性。

质量控制的几种方法：

（1）已知点检核比较法；

（2）重测比较法；

（3）电台变频实时检测法。

1.4RTK测量中应注意的问题

（1）观测时间

（2）机内精度设置

（3）测站架设与观测要求。

2　数据采集

2.1测区概况

该实验在阜新辽宁工程技术的大学北校区进行，该测区位于阜新市细河区，纬度42°02′35″，经度121°39′23″左右，距离阜新市里4km左右（直线距离）。测区位于阜新市北部，所以地形较为平坦，通视条件良好，通讯方便。

2.2数据获取

（1）获取校园10个已知控制点数据。已知校园控制点。

（2）用华测GPS-RTK对10个已知校园控制点进行测量。首先找到10个校园控制点，在这些点上，严格进行RTK点测量，得到控制点数据。

3　RTK的数据精度分析

3.1精度分析

本文实验所用到的仪器为华测RTK，水平精度8mm+1×10-6；垂直精度15mm+1×10-6。全站仪为拓普康GTS-332N，其测角精度为±2″/5″，测距精度为±2mm+1×10-6。在观测过程中严格按照相应的操作规程，以仪器的标称精度作为先验精度估值，从而保证所获得的RTK数据能满足图根控制精度要求。

3.1.1高程精度分析

通过已知校园控制点水准高程和GPS-RTK测得的高程进行比较分析。从实验研究角度出发，可以把三、四等水准高程视为理论值，来分析10个校园控制点高程误差。

数据分析：

计算这10个点的高程中误差：

△h的均值为+1.0cm； （1）

高程中误差：

（1）统计分析

由概率统计知识知道，如果这10个校园控制点观测值误差服从正态分布，其误差分布应呈现一定的统计规律。根据这个原则，制作较差统计表，见表1。

从统计表可以看出，实际百分比与理论百分比差距有一定的差异，因此说明数据中可能存在一定的粗差。

（2）粗差检验

因应用RTK过程中可能会出现粗差、不可靠值等影响实验结果精度的问题，所以数据分析的首要任务是剔除存在粗差的RTK高程观测值。这里使用了样本分位值检验，原理和符号含义查找文献，直接写出：

SR是两侧的粗差检验统计量，在显著水平α下的临界值为S（n，α），当SR＞S（n，α）时，就认定其是粗差，应予以剔除。

通过这种方法检验可以认为这10个校园控制点观测值的误差来自于正态总体的样本。这10个校园控制点高程真误差，即△h的均值为1cm，标准差为±0.3cm。

3.1.2平面精度分析

将RTK测得数据与已知控制点数据平面坐标进行比较，得出平面较差表，见表2。

数据分析：

计算这10个点的平面坐标中误差：

X坐标中误差：

Y坐标中误差：

3.2结论

在RTK测量过程中，误差不累积，高程测量精度因为距离远近的变化而变化，因此在高程点间的距离较近的情况下高差精度难以达到等级水准的测量精度。在测量距离较远的情况下（待测点与基准站距离大于1km），由于路程的增加使得水准测量的限差扩大，能够提高测量精度，且观测高程90%可以满足四等要求。所以，在远距离测量中，RTK的测量精度在一定程度内可以满足要求。

通过坐标检验法比较分析，不难看出GPS—RTK测量平面的精度，在严格的操作并无任何因素影响的情况下，完全符合要求。

4　在数字化测图中的应用

4.1测区概况

该项目低点是在内蒙古通辽市甘旗卡镇，位于通辽市东南部，地处东经121°30′～ 123°42′，北纬42°40′～43°42′之间。该测区处于平原地带，地势平整。由于近年城镇与耕地变化较大，原有的地形图不能够满足发展建设的要求，所以，进行重新测绘地形图是非常有必要的。数字化测图为1∶2000地形图。

表1　RTK高程和控制点高程较差统计表

表2　 控制点平面坐标与RTK平面坐标比较表

4.2数字化成图

（1）数据获取

利用RTK在测区进行碎步点采集。将基站设在地界开阔之处，然后通过已知控制点进行七参解算、点校正。准备工作做好后，在设置好基准站之后，在流动站卫星信号较好，且高度角大于15°，有效卫星尽可能多的情况下，只需短短几秒时间，就可得到毫米级的平面定位和厘米级的高程定位精度。

（2）数据处理

测量工作结束后，用电脑直接导出RTK所采集的碎部点数据，并进行数字化成图的编辑。对数据进行预处理、坐标变换并且生成“dat”格式文件，用来进行CASS成图。

（3）图形生成

通过CASS中执行处理好的“.DAT”文件，执行下拉菜单“绘图处理/定显示区”确定绘图区域；执行下拉菜单“绘图处理/展野外测点点位”，并且输入比例尺1∶2000。数字化成图必须按一定的顺序进行，对明显的具有分块作用的地物先输入。然后依元素的主次进行分块作业。对规则的地物，保证图形符合其投影规律，必要时运用辅助线方法以得到正确图形。

结论

本文在介绍RTK技术测量原理的同时，分析了RTK测量精度的问题，本文具体的研究工作如下：

（1）介绍了RTK的组成以及原理。并分析了GPS-RTK定位的主要误差来源和在测量时的注意事项；

（2）根据RTK的实用性，简单的介绍了其在各个方面的应用和质量控制问题；

（3）通过实验，对华测RTK的精度进行了分析、提出结论。并将本次试验所得经验和结论，应用到实例中去，在实践中验证了RTK所达到的精度。

参考文献

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[2]张军，袁伟.浅谈GPS及RTK技术在公路测量中的应用[J].青岛市公路工程处，中国电子商务，2010.

[3]王墨银. RTK技术在工程测量中的应用探究[J].城市建筑理论研究，2011.

[4]陈永君，张鑫. RTK技术在城市地籍测量中的应用[J].城市建筑理论研究，2012.

中图分类号：TU198

文献标识码：A