GPS―RTK高程精度分析

地质少侠 · 发表于 2017-11-13 17:30

摘要：随着GPS-RTK在工程测量中大范围的普及应用，由于RTK高程测量精度的不确定性，人们期望着能够用GPS-RTK高程测量能代替传统的水准测量，所以本文对GPS-RTK高程的精度进行一定的分析研究。

GPS―RTK高程精度分析

　　关健词： GPS-RTK；高程；精度分析

　　中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）10-0028-01

　　1.引言
　　在测绘工作中，GPS-RTK以其定位精度高、效率快、不要求点位相互通视、自动化程度高、误差累积小、测绘成果统一、操作简单、全天候等优点，在测绘各个领域被广泛运用。

　　当前，GPS-RTK测量技术对于平面控制来说已得到广泛应用，并取得了显著的效益，但在高程测量方面存在一些不确定性。人们期望着能够用GPS-RTK高程测量代替传统的水准测量。

　　在实际工程测量中，RTK所采集的为WGS-84坐标，其平面坐标经过差分处理，修正值改正后其相对精度较高是毋庸置疑的，已得到了广泛应用并取得了显著的经济效益。但高程精度在由大地高向正常高转换中，由于方法不同和高程异常的不确定性，导致高程精度存在不确定性，故需对影响RTK高程精度的因素进行一定的分析研究.以确定RTK拟合高程的可行性。

　　2.RTK高程拟合原理
　　GPS-RTK以其全天候、高精度、高效率、易操作等特点被广泛应用于控制测量、地形测量、施工放样等。如何利用GPS高程测量代替常规的水准测量，获取高精度的水准高程，是目前GPS测量研究的一个热点.尤其在一些实际工作中，GPS高程测量不仅可以解决工程中一些实际问题，也为GPS技术在工程上的应用提供了广阔的发展空间。但由于GPS测量的高程系统与水准高程系统存在着一定的差异（一般称其为高程异常或大地水准面差距），因此要将GPS测量的高程精度转换为水准高程就必须精确获取该差异值。由于GPS所测得的高程是测站相对于WGS-84椭球面的大地高H，而我国所采用的高程系统是相对于似大地水准面的正常高系统h，它们之间的差值为高程异常，用用ξ表示，它们之间的关系为：
　　ξ = H - h
　　三者中已知任何两个即可求得第三个。已知GPS大地高若能精确求得该点的高程异常，就可以解算出该点精度较高水准高了。GPS高程拟合就是通过一定的数学方法拟合出测区的高程异常面，内插出GPS点的高程异常，从而精确求得该点的水准高。常用的拟合方法有直线拟合、二次曲面拟合以及多面函数拟合等等。

　　3.影响RTK高程精度的主要因素及注意事项
　　3.1 影响RTK高程精度的主要因素
　　（1）接收机公有误差：GPS卫星，卫星信号的传播过程中产生的误差，如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等。
　　（2）接收机自身观测误差：通道延迟、天线相位中心变化、接收机内部噪声等。
　　（3）校正点的精度及选择校正点的分布：如果校正点坐标精度低，流动站测得三维坐标将带有系统偏差，校正点分布是否均匀会影响到函数拟合面是否合理。
　　（4）距离误差：流动站与基准站的距离误差，距离越远精度越差。
　　（5）外界环境的影响：作业时周围是否存在树木，房屋等障碍物影响观测精度，高压电塔、大面积的反射源等影响信号质量。

　　3.2 GPS-RTK高程采用必须注意以下问题
　　（1）GPS-RTK测定的点必须是固定解的状态下才能采用。
　　（2）GPS-RTK仪器的选用要选择精度不低于基线精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm，性能较为稳定且受外界环境因素影响小的GPS-RTK。
　　（3）基准站及流动站的天线高要十分精确地量取，这是影响RTK高程精度的一个十分重要的因素。
　　（4）必须保证用来求转换参数的已知点具有准确的坐标成果，而且必须注意这些已知点要平均分布整个测区，必须保证3个已知点以上，已知点越多精度越高。
　　（5）作业半径控制在5km内。
　　（6）通常RTK观测的采样间隔为1s，每次测量的历元数不小于10个。单次观测的平面收敛精度应小于2cm，高程收敛精度应小于3cm。
　　（7）RTK测点应选在开阔处，避开高压线及大功率发射台、树林、民房等。
　　（8）RTK作业过程中，有效卫星个数应不少于5个，点位几何图形因子（PDOP）值应不大于6。
　　（9）每次移动基准站需到已知控制点上进行检测，一是为了确认基准站和流动站的输入项和设置都正确无误，二是为了检验已知控制点间的兼容性，三是为了方便图根控制的精度评定。在满足上述条件的情况下，RTK高程精度能接近±2cm.说明GPS-RTK高程在大部分平原丘陵地区可以满足地形测量的要求。

　　4.RTK高程粗差及粗差的发现与剔除
　　RTK在作业时选择点位应该满足GPS观测要求，根据星历预报结果安排观测时间，通常要求PDOP值小于4。在PDOP值较大时，较容易出现粗差，由于RTK作业成果的可靠性只有95%～99%，所以在RTK作业过程中不可避免地存在着粗差，且在观测过程中不能做出准确的判断，那么观测结果中粗差的剔除只能在事后进行，也只有通过事后剔除的方法来提高RTK作业的可靠性。方法主要是采用一定的多余观测值来检查，当然多余观测值的数量不宜太多，否则会影响RTK作业的效率，失去RTK作业的意义。一般的粗差剔除方法有：

　　（1）多次初始化观测，比较各次观测值剔除粗差。
　　（2）用RTK点作为图根控制施测地形图时，相邻点间用全站仪校核以检查是否存在粗差，从而保证成果的可靠性。

　　5.结语
　　以上针对RTK测量的高程误差来源进行了分析，严格控制各项误差，采取诸多控制措施，选用合理作业方法，从根源处进行质量控制，高程精度能够满足图根高程所需。随着CORS技术的发展和应用，RTK将在多个方面替代传统GPS作业，因此作业效率将大大提高。目前选择合适的RTK仪器和作业方式，同时通过全面的质量保证措施，能得到更加稳定可靠的作业成果。

　　参考文献：
　　[1] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998.
　　[2] 张瑜.提高GPS实时定位精度的方法研究[D].武汉：武汉大学，2000.