利用RTK进行工程测量的误差分析

1、    利用rtk进行工程测量的误差分析    王岩 毛松鹤 张鹏摘要：本论文主要从rtk系统原理及构成出发，分析了各项测量误差的来源，通过对rtk观测方法及精度分析，总结出提高精度的保障方案。关键词：rtk；误差分析；精度分析;观测方法，精度保障；全球定位系统（global positioning system）是由美国国防部联合美国海、陆、空三军为满足其军事导航定位而建立的无线电导航定位系统。该系统由24颗卫星组成，由于gps具有实时提供三维坐标的能力，因此在民用、商业、科学研究上也得到了广泛应用。rtk(real time kinematic)是g

2、ps发展的最新成果，它弥补gps原有的不足之处，它不仅具有gps原有的全天候、高精度、无须光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果，是测量方法的又一次突破。rtk（real time kinematic）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分gps（rtdgps）技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、 流动站接收机三部分组成。在基准站上安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站gps接收机在接收gps卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定

3、位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度。rtk（real - time kinematic）实时动态差分法的出现是工程放样、地形测图以及各种控制测量的一次技术革命，极大地提高了作业效率。但是，在具体应用的过程中也会出现一些误差，需要予以调整控制。一、 rtk基本原理及构成rtk测量技术的基本原理是在基准站上安置一台gps接收机, 对所有可见gps卫星进行连续地观测,并将其观测数据通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在用户站上, gps接收机在接收gps卫星信号的同时, 通过无线电传输设备,接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示用户站的三维坐标及其

4、精度。这样通过实时计算的定位结果, 便可监测基准站与用户站观测结果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功, 以减少冗余观测, 缩短观测时rtk测量系统的构成主要包括gps接收设备、数据传输系统和软件系统三部分。gps接收设备。只少包含两台接收机，分别安装在基准站和用户站上。数据传输系统。数据传输系统也称数据链, 由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成。软件系统。支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。二、 rtk的误差来源和测量精度rtk定位的误差，一般分为两类:一类是同仪器和干扰有关的误差。同仪

5、器和干扰有关的误差:包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素；另一类是同距离有关的误差:包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以rtk的有效作业半径是有限制的（一般为几公里）。同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。1、同仪器和干扰有关的误差天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的

6、误差一般达到35cm。因此，若要提高rtk测量的定位精度，必须进行天线检验校正。多路径误：多路径误差是rtk测量中最严重的误差，其大小取决于天线周围的环境，一般为几厘米，高反射环境下可超过locm。多路径误差可通过选择地形开阔、不具反射面的点位、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线、基准站附近铺设吸收电波的材料等措施予以削弱。信号干扰：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。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200米，离高压线应超过50米。气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐

7、标的变化达到1-2dm。因此，在天气急剧变化时不宜进行rtk测量。2、同距离有关的误差轨道误差：目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1×10，就短基线(< p>电离层误差：电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的5倍，冬季为夏季的5倍，太阳黑子活动最强时为最弱时的4倍。利用下列方法可使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用双频接收机将l1和l2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响：利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型加以改

8、正。实际上rtk技术一般都考虑了上述因素和办法。但在太阳黑子爆发期内，不但rtk测量无法进行，即使静态gps测量也会受到严重影响。太阳黑子平静期，其误差一般小于5×10。对流层误差。对流层是高度为40km以下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，gps信号通过对流层时也使传播的路径发生弯曲，从而使距离测量产生偏差，这种现象叫做对流层折射。对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向其影响约为2.3m；当在地面

9、方向其影响可达20m。为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施:1、点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于15°(如可以选在最高建筑物的顶楼)。2、点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站、微波通道等)，其距离不小于200 m；远离高压电线，距离不小于50m 。3、点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。4、点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。 5、点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。除此之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各