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RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

RTK技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),一般由基準(zhǔn)站、移動(dòng)站、數(shù)據(jù)通訊鏈3 部分組成。其工作原理是:基準(zhǔn)站接收機(jī)→調(diào)制器→發(fā)射電臺(tái)→轉(zhuǎn)發(fā)器→接收電臺(tái)→解調(diào)器→移動(dòng)站接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收GPS衛(wèi)星定位信息。通過(guò)差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈,移動(dòng)站接收基準(zhǔn)站發(fā)送的GPS數(shù)據(jù),結(jié)合自身采集的GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,在1s內(nèi)以厘米級(jí)的精度給出移動(dòng)站的點(diǎn)位信息。通過(guò)OTF (On The Fly) 實(shí)時(shí)處理算法,移動(dòng)站在動(dòng)態(tài)環(huán)境下可進(jìn)行初始化處理,無(wú)需在已知點(diǎn)上進(jìn)行初始化。RTK 測(cè)量必須有偽距和相位觀測(cè)值(帶雙頻P 碼,有利于實(shí)時(shí)快速解求模糊度) 。

RTK測(cè)高試驗(yàn)與精度

1、試驗(yàn)基本情況
RTK測(cè)量和解算是在WGS84 坐標(biāo)系中進(jìn)行的,實(shí)時(shí)給出的高程為大地高。我國(guó)采用的高程為正常高,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需將大地高轉(zhuǎn)換為正常高。因此,RTK的應(yīng)用范圍,RTK技術(shù)確定正常高的精度和可靠性,以及將大地高轉(zhuǎn)換為正常高時(shí)采用的方法等都是人們十分關(guān)心的問(wèn)題。為此我們?cè)谛±说讕?kù)區(qū)進(jìn)行了RTK實(shí)地測(cè)量。為了解平原地區(qū)情況,又在鄭州郊區(qū)黃河花園口大堤選取部分試驗(yàn)點(diǎn),試驗(yàn)點(diǎn)高程范圍為98.856～314.053 m ,移動(dòng)站至基準(zhǔn)站間距離為0～10.49 km。試驗(yàn)點(diǎn)均經(jīng)快速靜態(tài)布網(wǎng)測(cè)量,并經(jīng)過(guò)平差,得到了WGS84 大地坐標(biāo)和大地高成果。試驗(yàn)之前對(duì)所有試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了四、五等水準(zhǔn)測(cè)量。RTK試驗(yàn)所用儀器為T(mén)rimble4000SSE(OTF) 。儀器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK) 標(biāo)稱(chēng)精度:水平 ,垂直20 mm + ;快速靜態(tài)標(biāo)稱(chēng)精度:水平 ,垂直。D 表示測(cè)量基線的距離。

2、RTK標(biāo)稱(chēng)精度試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)RTK的精度,選擇了兩個(gè)相距17.478 m 的固定點(diǎn)分別設(shè)立基準(zhǔn)站和移動(dòng)站,在完成初始化之后,進(jìn)行了連續(xù)24 h 的觀測(cè),每間隔5 min 采集一次定位數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)對(duì)292 個(gè)采樣點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì),得觀測(cè)值(高程) 的平均值為93.895 m ,標(biāo)準(zhǔn)差為8 mm ,值為93.921 m ,最小值為931866 m。292 個(gè)數(shù)據(jù)中誤差小于20 mm 的數(shù)據(jù)占97.9 % ,誤差為29 mm。按不同的VDOP(VDOP 為高程精度衰減因子,它是反映GPS 衛(wèi)星空間幾何分布對(duì)高程影響的指標(biāo)) 值分級(jí)的統(tǒng)計(jì)誤差,見(jiàn)表1 ,接收不同衛(wèi)星數(shù)目的誤差統(tǒng)計(jì)如表2 。

由表1 、表2 可以看出:

• 在RTK完成初始化之后,其測(cè)高精度已達(dá)到了儀器標(biāo)稱(chēng)精度。
• 受衛(wèi)星分布影響,隨著VDOP值的增大,標(biāo)準(zhǔn)差有增大的趨勢(shì)。當(dāng)VDOP < 2 時(shí),觀測(cè)數(shù)據(jù);當(dāng)2 ≤VDOP ≤4 時(shí),標(biāo)準(zhǔn)差與VDOP < 2 時(shí)無(wú)顯著差別。當(dāng)VDOP > 4 時(shí),標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大,但仍?xún)?yōu)于標(biāo)稱(chēng)精度。
• 接收衛(wèi)星數(shù)目為6～9 顆的情況下,標(biāo)準(zhǔn)差變化不顯著,當(dāng)接收衛(wèi)星數(shù)為5顆時(shí),標(biāo)準(zhǔn)差明顯增大,但仍能達(dá)到標(biāo)稱(chēng)精度指標(biāo)。

3、快速靜態(tài)與RTK兩種模式測(cè)量精度對(duì)比分析為對(duì)儀器性能及計(jì)算方法的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn),使用野外試驗(yàn)資料,以移動(dòng)站所采集的WGS84 大地高和基準(zhǔn)站W(wǎng)GS84大地高求差,分別計(jì)算快速靜態(tài)和RTK成果的大地高高差ΔH靜和ΔHRTK。設(shè)兩種方法測(cè)得的高差之差為Δh1 ,則有:

Δh1 = ΔHRTK - ΔH靜(1)

式中:ΔHRTK為RTK移動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的大地高高差;ΔH靜為快速靜態(tài)相對(duì)于基準(zhǔn)站的大地高差。對(duì)野外實(shí)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可求得RTK 的平均誤差為- 0.5mm ,標(biāo)準(zhǔn)差為29.5 mm ,值為81 mm。RTK 所測(cè)高差與GPS 快速靜態(tài)所測(cè)高差之差Δh1 與基準(zhǔn)站到移動(dòng)站間距離L的關(guān)系見(jiàn)圖1 。

由圖1 可見(jiàn),RTK 測(cè)量高差與快速靜態(tài)測(cè)量高差成果無(wú)系統(tǒng)誤差。由誤差傳播定律可得:

m2Δh1= m2ΔHRTK+ m2ΔH靜(2)

式中: mΔh1為兩種觀測(cè)方式的標(biāo)準(zhǔn)差; mΔHRTK、mΔH靜分別為RTK、快速靜態(tài)測(cè)量誤差標(biāo)準(zhǔn)差。將mΔh1、mΔH靜值代入(2) 式(距離按平均值L = 3km計(jì)) ,可解得mΔHRTK為2710mm ,與儀器標(biāo)稱(chēng)精度相當(dāng)。因此,可以認(rèn)為儀器在進(jìn)行大地高高差測(cè)量時(shí)達(dá)到了標(biāo)稱(chēng)精度,該試驗(yàn)方法正確,操作符合作業(yè)要求,數(shù)據(jù)成果可靠。

4、利用參數(shù)轉(zhuǎn)換求得的高程精度分析

使用RTK測(cè)量前,按布爾莎參數(shù)模型解算WGS84 坐標(biāo)與北京54 坐標(biāo)和85 高程系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。每采集一點(diǎn), 獲得WGS84 坐標(biāo)的同時(shí)也得到了該點(diǎn)的北京54 坐標(biāo)和85 系統(tǒng)高程。統(tǒng)計(jì)由轉(zhuǎn)換得到的85 高程和水準(zhǔn)測(cè)量85高程之差Δh2,可求得誤差平均值為46.0mm ,標(biāo)準(zhǔn)差為70.3mm ,誤差為221.0mm。Δh2與距離L的關(guān)系見(jiàn)圖2 。由圖2可以看出:在小范圍(4km) 內(nèi),兩種方法測(cè)得的高程之差小于50mm ,而且隨距離無(wú)顯著變化;當(dāng)距離大于4km后,誤差隨著距離的增大而增大,并且存在系統(tǒng)偏離;當(dāng)距離達(dá)到10km 時(shí),差值達(dá)到200mm。

5、RTK擬合水準(zhǔn)

根據(jù)測(cè)區(qū)已知資料,繪制高程異常等值線圖。可以查得試驗(yàn)點(diǎn)的高程異常ζ。用式(3) 進(jìn)行水準(zhǔn)擬合:

h擬合= H84基+ΔH - ζ (3)

式中: h擬合為點(diǎn)位擬合水準(zhǔn); H84基為基準(zhǔn)站W(wǎng)GS84大地高;ΔH 為RTK測(cè)得的移動(dòng)站與基準(zhǔn)站高差。將擬合85高程與水準(zhǔn)85高程建立對(duì)比系列,統(tǒng)計(jì)得平均誤差為- 518mm ,標(biāo)準(zhǔn)差為28.0 mm ,誤差為74mm。85高程和擬合高程之差Δh3與距離L的關(guān)系見(jiàn)圖3。從圖3可以看出,擬合RTK高程的誤差隨距離無(wú)明顯變化。

結(jié)論

• RTK測(cè)高精度能夠達(dá)到儀器標(biāo)稱(chēng)精度,數(shù)據(jù)可靠。若選擇在VDOP < 4、可用衛(wèi)星為5 顆以上的情況下進(jìn)行觀測(cè),可提高觀測(cè)精度。
• RTK測(cè)量結(jié)果直接通過(guò)布爾莎模型轉(zhuǎn)化為正常高系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)較大誤差,在工程中一般不直接應(yīng)用。
• RTK測(cè)量高差通過(guò)布爾莎模型轉(zhuǎn)化后,仍為大地高高差,經(jīng)高程擬合消除高程異常后,所得正常高可以達(dá)到五等水準(zhǔn)測(cè)量精度,滿(mǎn)足水庫(kù)河道淤積測(cè)量的精度要求。
• 由于RTK 大地高測(cè)量精度較高,RTK 水準(zhǔn)測(cè)量精度很大程度上取決于高程擬合模型的改正精度。因此,為提高RTK高程測(cè)量的精度,應(yīng)視測(cè)區(qū)情況合理布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn),建立適合本測(cè)區(qū)特點(diǎn)的水準(zhǔn)擬合模型是RTK高程測(cè)量需認(rèn)真解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

信息標(biāo)題：RTK測(cè)高試驗(yàn)與精度分析

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