【正文】 國外研究現(xiàn)狀 國外研究學者通過對 GPSRTK測量進行了分析，如 InSuLLee等通過研究 GPSRTK在一些特殊環(huán) 境中的應用，繼而來研究探討 RTK 成果的精度，得到了一些重要的結論[15]， EIMowafy 通過研究高度角與 RTK 的結果的誤差大小關系，發(fā)現(xiàn)高度角對 RTK 測量結果有很大影響，從而來研究 RTK 的精度問題 [16]， ， ， 通過對建筑物進行 GPS 測量數(shù)據(jù)的精度分析，考慮到由不同高度角產(chǎn)生的 GPS定位結果影響，以此研究 GPS 定位結果的準確性 [17]。 以上國內外的學者都傾向于研究 RTK 的成果的精度與可靠性，而在小區(qū)域 RTK 測量高精度定位還是空白，因此本論文將嘗試做一些研究和探討。 本章小結 本章介紹了 GPSRTK 定位技術的研 究現(xiàn)狀及其局限性，闡明了本文研究的背景和意義，確定了本文研究的主要內容和目標。這是一種將 GPS 測量與數(shù)據(jù)傳輸技術相結合，實時解算并完成數(shù)據(jù)處理，可在 1～ 2 秒時間內得到高精度空間位置信息的技術。利用載波相位進行定位時，關鍵問題是雙差整周未知數(shù)的解出。實際上，只要雙差整周未知數(shù)能成功解算，僅需觀測幾個歷元就可以獲得高精度的基線向量。 RTK 技術的出現(xiàn)與應用正是基于這一基礎上產(chǎn)生的。 在初始化時所進行的短時 間觀測過程中，載體的瞬時位置是根據(jù)隨后確定的整周未知數(shù)，利用逆向求解的方法來確定的。這一技術的開發(fā)成功，突破了靜態(tài)確定整周未知數(shù)的局限，為應用載波相位觀測量進行精密實時動態(tài)相對定位（ RTK）開辟了一條重要的新途徑。 （ 1）基準站：主要由一臺 GPS 接收機、 GPS 天線、發(fā)送電臺、通訊天線和電源組成。 （ 2）流動站：主要由一臺 GPS 接收機、 GPS 天線、接收電臺及通訊天線、電源、手簿（ PDA）、對中桿組成。同時，通過接收電臺接收基準站所發(fā)射的各種信息，包括基準站各種觀測量、所視衛(wèi)星狀態(tài)和基準站的 WGS－ 84 坐標。 GPS 解算軟件可以對基準 站和流動站同步觀測量進行雙差解算，利用 OTF 算法，在初始化時，在 10 秒到 200 秒內便可解算出可信雙差整周未知數(shù)。這個基線向量加上參考站的 WGS－ 84 坐標即得流動站的 WGS－ 84 坐標，并給出定位精度。 GPSRTK 測量優(yōu)勢及其局限性 RTK 作為一種新型的現(xiàn)代測量儀器，隨著 RTK 應用的廣泛化，其優(yōu)點和局限性也更加明確。本節(jié)將對 RTK 的優(yōu)點和局限性進行歸納總結。 （ 2） RTK 作業(yè)效率高。 （ 4） RTK 可降低作業(yè)條件要求。 （ 6） RTK 服務范圍廣。 2 GPSRTK 測量原理及誤差分析 9 (2)RTK 受接收衛(wèi)星狀況限制 在有些特殊區(qū)域 RTK 接收衛(wèi)星受特定的接收時間限制。 (4)RTK 數(shù)據(jù)通道的暢通性 RTK 是依靠實時動態(tài)的數(shù)據(jù)鏈傳輸實現(xiàn)流動站實時準確定位的，所以要保證數(shù)據(jù)鏈傳輸通道暢通免受障礙物的干擾。隨著 RTK 工作環(huán)境的變化，求解整周模糊度的速度和可靠性也從在差異，有時需要不斷的初始化才能準確求解。 RTK 測量時對衛(wèi)星的分布、測量的時段、信號的遮擋、信號的傳輸?shù)纫蕾囆暂^強，而這些因素又是隨時間和空間變化的。此外 RTK 自身的測量系統(tǒng)也從在著廠家的不同，性能也差異性較大的問題。這就要求對測區(qū)的高程異常準確的求解。 ②已知公共點的控制區(qū)域和分布要合理。 (8)外置電源電量不足 由于 RTK 工作時需要連續(xù)不斷的直流電源供給，一部分電量用于衛(wèi)星信號的接收，更多的是為 了基準站電臺使用發(fā)射差分信號。 (9)構不成閉合環(huán)，缺乏檢核 RTK 測量中，構不成閉合環(huán)，缺乏檢核，在信號障礙物阻擋時， RTK 難以展開測量。與衛(wèi)星有關的誤差主要是，衛(wèi)星歷誤 差、衛(wèi)星鐘差、相對論效應；與衛(wèi)星信號傳播途徑有關的誤差主要是指，電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、多路徑效應；與接收設備有關的誤差主要指， RTK 接收機鐘差、 RTK 天線相位中心偏差、通道間的延遲誤差；此外地球自轉、地球潮汐、軟件模型誤差等也是影響RTK 測量結果的誤差源。鑒于RTK 作業(yè)方式的特殊性，測量時也會伴有特定的誤差源；而且 RTK 測量時缺少必要的檢核條件，測量成果的可靠性難以估測。由此說明求取轉換參數(shù)是 RTK 測量的關鍵所在，轉換參數(shù)精度是影響 RTK 測量精度的關鍵因素。 (3)衛(wèi)星信號的影響 RTK 定位是通過觀測衛(wèi)星空間位置來確定的，衛(wèi)星信號的接收是 RTK 定位的基礎。 (4)RTK 基準站與流動站數(shù)據(jù)通道暢通與否的影響 因為 RTK 測量時要求基準站衛(wèi)星信號接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)和基準站已知數(shù)據(jù)通過無線電發(fā)射傳輸給流動站信號接收機，所以無線電信 號的傳輸在 RTK 測量中至關重要。不同的架設方式下 RTK 測量的對中整平2 GPSRTK 測量原理及誤差分析 11 誤差是有著極大的區(qū)別，而反應在定位精度上面就是不同的定位等級。 (7)GPS 系統(tǒng)本身的影響因素 GPS 系統(tǒng)本身的影響因素包括，衛(wèi)星星數(shù)、衛(wèi)星圖形、大氣狀況等。主要影響因素有數(shù)據(jù)傳輸鏈、天線型號及處理軟件。 RTK 測量誤差處理方法分析 RTK 測量誤差處理主要 包括以下幾方面： （ 1）轉換參數(shù)影響誤差的處理 ①參與求取轉換參數(shù)的已知公共點所能控制區(qū)域的確定。 ②求取轉換參數(shù)方法的選擇。一步法是平面位置二維轉換加高程內插，可直接把 WGS84 坐標轉換成地方坐標，在距離不遠、控制資料不全和精度要求低的情況下使用；七參數(shù)法為三維轉換，是將 WGS84 坐標轉換到地方橢球上，采用地圖投影得出格網(wǎng)坐標，方法嚴密，能保證RTK 觀測值精度穩(wěn)定，可滿足長距離測量的需要，但必須有橢球參數(shù)和地方地圖投影的完整資料。而針對小區(qū)域內的 RTK 測量坐標轉換 參數(shù)目前都采用四參數(shù)求解，但精度有時不是很高，因此本文將對平面四參數(shù)的轉換過程進行改正。參與轉換的已知公共點的 WGS84 坐標，可采用靜態(tài)測量方式通過網(wǎng)平差得出，也可采用先在基準站進行單點定位得出基準站的WGS84 坐標，還可用流動站直接測出已知公共點的 WGS84 坐標。 RTK測量時，基準站的 WGS84 坐標必須與求解轉換參數(shù)時 WGS84 坐標的獲取相一致，否則就會產(chǎn)生系統(tǒng) 誤差，獲得的成果整體出錯。 ④ 小區(qū)域最優(yōu)轉換參數(shù)的確定。實踐表明，所得到的三維坐標精度難以達到理想效果，應該結合所有已知公共點資料求取一套適合本區(qū)域的最優(yōu)轉換參數(shù)。 (2)衛(wèi)星信號影響誤差的處理 由于衛(wèi)星是繞著地球公轉的空間動態(tài)載體， RTK 在測量時所獲得的衛(wèi)星信號是實時動態(tài)瞬間描述。此外，衛(wèi)星信號被接受時要穿過電離層、對流層會造成延時，還可能信號受到干擾、中斷等影響導致信號失鎖和結果整體偏移、數(shù)據(jù)不正常等“納偽”現(xiàn)象。 (3)RTK 基準站與流動站數(shù)據(jù)通訊問題的處理 RTK 測量過程中無線電的數(shù)據(jù)鏈信號是通過無線電發(fā)送的，易受電磁波干擾和障礙物阻擋，使得 RTK 測量結果的可靠性受到影響，實際操作過程中應盡量避免。根據(jù)具體的測量需要可進行選擇，本文因是對RTK 定位精度的研究，故嚴格采用三腳架架設。當 RTK 測量時基準站與移動站采用一個型號天線時，這兩種誤差通過雙差模型解算時可以消除。三是 RTK 整周模糊度解算的可靠性，伴隨著更多的整周模糊度解算方法的出現(xiàn)，其各自的優(yōu)缺點也在實際運用中體現(xiàn)。得出的測量成果也自然有差異。 (6)觀測者技術與經(jīng)驗誤差的處理 采用技術經(jīng)驗相對豐富觀測者操作 ，而對流動站架設可用腳架基座安裝。 3 GPSRTK 的定位精度檢測與分析 13 3 GPSRTK 的定位精度檢測與分析 概述 RTK 測量系統(tǒng)提供的標稱精度是儀器出廠時檢定的測量精度，但在實際的工程應用中 RTK 定位精度究竟能達到怎樣的精度，需要有一個檢測的方法，這直接關系到測量工作的范圍和便捷的程度。本文根據(jù) RTK 測量原理及實驗數(shù)據(jù)，對RTK 測量所能達到的實際點位精度進行研究，綜合了影響 RTK 定位精度的各項誤差，導出短基線向量（基線邊長小于 1km） RTK 定位結果的精度檢定公式。 在得到 RTK 定位精度的可靠性檢定的基礎上，通過對 RTK 平面及高程的精度分析，綜合考慮影響 RTK 測量時的各種誤差的影響程度，通過對平面坐標、高程的檢驗，得出坐標檢測在 RTK 測量精度的檢 測的有效性。 令真誤差之差 dX=△ XJ△ XR， dY=△ YJ△ YR， dH=△ HJ△ HR，則： dX= XJ XR， dY = YJ YR， dH = HJHR， 由誤差傳播原理可得： 2 2 2dm m mJRX X X?? （ ） 以下將著重對 RTK 定位點 X 分量的精度檢定進行推導， Y 和 H 方向的可同理得到。 求解靜態(tài)觀測 XJ坐標均值中誤差： m=J J JX X XP? （ ） （ 4）求解 RTK 觀測值 XR坐標均值中誤差 mRX 由式 式得 22dm = m mRJX X X? （ ） （ 5）求解 RTK 測量 XR的單位權中誤差： mR R RX X XP? ?? （ ） （ 6）計算 RTK 測量點 X 坐標中誤差： m=R R RX X XP?? （ ） 同理可得： RTK 觀測值 Y 坐標中誤差： m=R R RY Y YP?? （ ） RTK 測量點 H 中誤差： m=R R RH H HP?? （ ） 短基線下 RTK 定位的精度可靠性檢定時，與已知的高精度 GPS 靜態(tài)坐標作為對比，使用 RTK 測量方式，對各靜態(tài)坐標點進行坐標采集，再利用靜態(tài)基線向量的分量閉合差先推算出靜態(tài)網(wǎng)中點位的精度然后根據(jù)上述推導便可得出 RTK 測量時的精度。成果檢驗通常還是通過一些概略的局部精度檢驗的辦法來檢定。 坐標檢驗法通常是利用 RTK 定位的數(shù)據(jù)與更高等級的已 知坐標點進行比較，如與靜態(tài) GPS 測量點比較、與已知的 I、 II 級導線點的數(shù)據(jù)進行比較。 利用 RTK 對已知邊長測量，并對測量成果與已知邊較差來估算 RTK 測量精度。 （ 1） 當檢核邊測量值與已知邊作差大于平面精度要求值，便認為采用 GPSRTK 平面測量存在錯誤。 通過把 RTK 測量點網(wǎng)看成是測邊網(wǎng)，利用檢測測邊網(wǎng)精度的方法來檢測 RTK 定位點組成網(wǎng)的固定角的值，來達到判斷 RTK 測量點平面精度的目的。 （ 2）當檢核角值與反算角值較差符合限差時，大致認為檢核角的 RTK 定位點平面精度符合要求，但由于方向性的參與有必要進行唯一性確定，一般通過組網(wǎng)確立，這樣才能保證檢核結果可靠。若均勻的在測區(qū)布設檢測圖形既能反映整個測量過程的精度，又能排除局部位移產(chǎn)生的檢核誤差；采用測角檢核法檢測點坐標位移，為判斷其唯一性，通常在一個測站上測三個方向進行檢核分析，也可采用測邊和測角檢核法相結合，通過邊角組合分析，可以確保其可靠性。檢測的方法很多，可以視時間、儀器設備、環(huán)境因素 等情況選擇合適的辦法，但不論采用什么方法都應加強檢核的精度，以防造成檢測結果的誤差。 將 RTK 成果和已知的 E 級 GPS 網(wǎng)點結果進行較差分析二者的較差大小關系圖如圖。綜合統(tǒng)計認定本次 RTK 測量可達到 2cm 以內的定位精度，而且各點位之間不存在誤差累積，就其精度而言可以勝任一般工程建設的需要。 0. 150 00. 10000. 050 00 . 0 0 0 00 . 0 5 0 00 . 1 0 0 00 . 1 5 0 00 . 2 0 0 0殘差測量點名靜態(tài) GPS 與 RTK 測量坐標較差圖X 較差Y 較差H 較差3 GPSRTK 的定位精度檢測與分析 17 高程檢驗實驗及分析 為驗證分析 GPSRTK 觀測成果的精度，對某 E 級靜態(tài) GPS 控制網(wǎng)的各點間高差利用 GPSRTK 測量進行檢測，已知 E 級 GPS 控制網(wǎng)中的高程測量采用的是四等水準實測得到的，依據(jù)《城市測量規(guī)范》和《工程測量規(guī)范》，其高差單位權中誤差為177。 圖 RTK 測量高差與水準高差較差殘差圖 通過上圖可以得到的結果是 RTK 高程一般在 3cm 以內，有些觀測條件好的水準線路的高差能達到毫米級測量精度，而與 GP53 構成的水準路線的高差較差都比較大，現(xiàn)場取證后發(fā)現(xiàn)， GP53 點附近有建筑物遮擋完全可以替代等外水準測量。在建筑物和障礙物較多的密集建成區(qū)，影響 RTK 測量精度的因素增多， RTK 高程精度難以保證。 R T K 高差與水準高差較差殘差圖水準路線殘差值GP02GP04 GP02GP06GP02GP09 GP02GP10GP02GP45 GP02GP46GP02GP48 GP02GP53GP02GP56 GP02GP57GP02GP65 GP04GP06GP04GP09 GP04GP10GP04GP45 GP04GP46GP04GP48 GP04GP53GP