浅谈城市建设工程测量论文中GPSRTK技术的误差来源及质量控制

姜锡贵
摘要：本文通过对GPS RTK工作原理及从分析GPS RTK技术的误差来源出发，通过采取措施提高RTK定位精度，从而得出其误差减弱或消除的方法并加强质量控制，提出了一些常见误差削弱或清除的解决方案。
关键词：RTK  误差来源  精度 质量控制
1 引言  20世纪下半叶是测绘科学论文迅猛发展的时期，其中最有代表性的是GPS RTK的出现和使用。它既克服了常规测量方法如三角、导线测量等，要求点间通视，精度不均匀，外业过程中不知道测量精度的缺点，又避免了GPS静态作业需要时间进行后处理的缺点，内业处理后发现精度不合要求还须返工的困扰。正是RTK所具有的全天候、高精度、高效益等特点, 赢得测绘人的信赖, 并成功地应用于城市建设工程测量中，如城市规划测量、工程测量、地形测量、施工测量、城镇地籍调查中的界址点测量等，其精度可以达到厘米级，但受观测条件等因素的影响，RTK测量偶尔会发生粗差或错误，若不采取必要措施来剔除这些粗差或错误，会对测绘论文成果下道工序的使用造成严重后果。
本文从GPS-RTK的工作原理出发，主要分析影响GPS RTK技术的误差源，提出确实可行的作业流程，保证测绘成果的质量，为测绘生产提供技术支持。
2 GPS RTK定位原理
GPS RTK是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标——称移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而提高定位精度。
3 GPS RTK技术的误差来源分析
误差源主要有GPS系统、RTK系统、环境、观测者的技术和经验、观测方案等。
3.1  GPS系统
GPS系统本身的影响因素用户无法控制，主要包括卫星钟误差、轨道误差、接收机天线相位中心变化等。
（1）卫星钟差 钟差可通过对卫星钟运行状态的连续监测而精确地确定。
（2） 轨道误差 随着定轨技术的不断完善，轨道误差只有5～10m，其影响到基线的相对误差不到1ppm，就短基线（<10km）而言，对结果的影响可忽略。
（3）接收机天线的机械中心和相位中心一般不重合而引起的误差。
3.2  RTK系统
它的影响因素包括硬件、处理软件以及和信号传播有关的误差。
3.3  环境影响
环境对RTK的影响包括RTK作业时所处的外界条件如风力、大气折光等及基准站与流动站之间的障碍物、多路径误差、信号干扰等。
（1）多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差，取决于天线周围的环境。一般为几个厘米，高反射环境下可超过10Cm。
（2）信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。
3.4  观测者的技术和经验
观测者的技术和经验对RTK成果的精度和可靠性影响很大。
3.5  观测方案
观测方案对RTK成果的质量和可靠性产生重大影响。观测方案的主要内容有：坐标转换参数的影响、基准站位置的选择、观测次数等。
（1）转换参数的影响
GPS卫星星历是以WGS-84坐标系为根据而建立的，RTK使用的坐标系统是WGS-84坐标系。我国目前使用的是1954年北京坐标系或1980国家大地坐标系，因此须求出WGS-84坐标系转换到54北京坐标系或80国家坐标系的参数。
（2）基准点位置的选择尤为重要，基准点除满足GPS观测条件外，还应满足电磁波能从基准站通过直射和反射等方式有效地到达移动站。
（3）RTK作业成果也可能有偶然误差或粗差，只有多次观测，才能发现这些粗差并予以消除。
4 RTK定位的质量控制措施
4.1  摸清仪器特性
RTK系统对定位成果的影响用户无法控制，但是，用户可以购置抗干扰性能强的硬件设备，通过在各种条件下反复试验，摸清仪器的特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的测量误差和作业半径，摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等，以便应用时得心应手。
4.2  合理求解转换参数
转换参数的求解尽量用高等级的控制点，且转换控制点在测区内尽量分布均匀、包含整个测区，不得外推，选择的控制点还要避免无线电干扰和多路径效应。若待测区域没有足够的转换控制点，则按静态方法布设高等级的控制点，平差求出所需的WGS-84坐标和地方坐标及转换参数。建模时校正点位的水平残差和垂直残差应小于5cm，当有大于5cm时应具体分析，核对已知数据，查看点位周围环境，或用周围已知点代替。
4.3  基准站的选择
由于需要接收足够多的卫星信号和发射RTK无线电数据链，基准站上空应无大面积遮蔽和影响数据链通讯的无线电干扰，并避免多路径效应，因此基准站点位应选在测区中央地势开阔较高处或高层建筑物的楼顶上，周围没有干扰源，避开电视（电台）发射塔、微波站、飞机场、高压输电线和大面积水域等，最可靠的实现两种信号的传播。
4.4  流动站的选择
除地形测量和放样外，对控制点或其他可选择位置的待测点，流动站应与基准站一样，选择合适的位置，避免卫星信号和数据链通讯的影响及多路径效应的产生。
4.5  加强测前测后的控制点检测和观测中的校核
4.5.1在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，再用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题及时采取措施。
4.5.2每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。
4.5.3在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。
4.5.4加强观测中的校核。
4.6作业时段的选择 
为使RTK作业时能接收到足够多的卫星信号，在每次作业前，先进行卫星预报，选择最佳的作用时段进行观测，不仅效率快，且精度高。同时，为减少电离层、对流层影响，应避开14：00左右的时段。
4.7进行重复观测来提高精度
重新开关机 
一般控制点点位需独立观测两次，两次间重新开关机，重新求解整周模糊度，作两次收敛，当双观测值的点位坐标差值≤±5cm时，取中数作为待测点坐标的最或然值。
4.7.2 多基准站测量
为保证RTK测量精度的可靠，可建立多个固定的基准站点，并统一求解转换参数和基准站点的WGS-84坐标。
4.7.3不同时段测量
对缺少其他检测条件的待测点，还可以用同一基准站不同时段测量，若结果在限差范围内求其中数作为该点坐标的最或然值，否则重测.
4.8 有高度的责任心
要求测量员对工作要有高度的责任心，对仪器要认真细心的架设，精确对中，严格整平，两次量取天线高，量取部位要准确，不能有差错。
5 结束语
GPS RTK定位技术相比常规测量，大大提高测量作业效率，降低了劳动强度，节省了测量费用，使测量变得更轻松容易，是测绘科技的一次质的飞跃。可以通过选择精度更高、抗干扰性更强的RTK，通过一定的质量保证措施，使RTK观测的成果更加稳定和可靠。随着科技的不断进步，精度更高、初始化速度更快、环境限制性更小的GPS RTK定位技术，终将会很快出现，在其他应用领域，如航空摄影测量、工程变形监测等多种学科，RTK技术的应用前景将会更加广阔。

参考文献
1  刘基余等.全球定位系统原理及其应用.测绘出版社.1999
2  CJJ73-97 《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ8-99
3 《城市测量规范》.中国建筑工业出版社.1999