RTK技術簡介
RTK技術是基于載波相位觀測量的實時動態定位技術,一般由基準站、移動站、數據通訊鏈3 部分組成。其工作原理是:基準站接收機→調制器→發射電臺→轉發器→接收電臺→解調器→移動站接收機?；鶞收竞鸵苿诱就瑫r接收GPS衛星定位信息。通過差分數據鏈,移動站接收基準站發送的GPS數據,結合自身采集的GPS 數據進行實時處理,在1s內以厘米級的精度給出移動站的點位信息。通過OTF (On The Fly) 實時處理算法,移動站在動態環境下可進行初始化處理,無需在已知點上進行初始化。RTK 測量必須有偽距和相位觀測值(最好帶雙頻P 碼,有利于實時快速解求模糊度) 。
RTK測高試驗與精度
1、試驗基本情況
RTK測量和解算是在WGS84 坐標系中進行的,實時給出的高程為大地高。我國采用的高程為正常高,在實際應用時還需將大地高轉換為正常高。因此,RTK的應用范圍,RTK技術確定正常高的精度和可靠性,以及將大地高轉換為正常高時采用的方法等都是人們十分關心的問題。為此我們在小浪底庫區進行了RTK實地測量。為了解平原地區情況,又在鄭州郊區黃河花園口大堤選取部分試驗點,試驗點高程范圍為98.856～314.053 m ,移動站至基準站間距離為0～10.49 km。試驗點均經快速靜態布網測量,并經過平差,得到了WGS84 大地坐標和大地高成果。試驗之前對所有試驗點進行了四、五等水準測量。RTK試驗所用儀器為Trimble4000SSE(OTF) 。儀器實時動態(RTK) 標稱精度:水平
,垂直20 mm +
;快速靜態標稱精度:水平
,垂直
。D 表示測量基線的距離。
2、RTK標稱精度試驗
為了檢驗RTK的精度,選擇了兩個相距17.478 m 的固定點分別設立基準站和移動站,在完成初始化之后,進行了連續24 h 的觀測,每間隔5 min 采集一次定位數據。經過對292 個采樣點的誤差統計,得觀測值(高程) 的平均值為93.895 m ,標準差為8 mm ,最大值為93.921 m ,最小值為931866 m。292 個數據中誤差小于20 mm 的數據占97.9 % ,最大誤差為29 mm。按不同的VDOP(VDOP 為高程精度衰減因子,它是反映GPS 衛星空間幾何分布對高程影響的指標) 值分級的統計誤差,見表1 ,接收不同衛星數目的誤差統計如表2 。
由表1 、表2 可以看出:
- 在RTK完成初始化之后,其測高精度已達到了儀器標稱精度。
- 受衛星分布影響,隨著VDOP值的增大,標準差有增大的趨勢。當VDOP < 2 時,觀測數據最優;當2 ≤VDOP ≤4 時,標準差與VDOP < 2 時無顯著差別。當VDOP > 4 時,標準差明顯增大,但仍優于標稱精度。
- 接收衛星數目為6～9 顆的情況下,標準差變化不顯著,當接收衛星數為5顆時,標準差明顯增大,但仍能達到標稱精度指標。
3、快速靜態與RTK兩種模式測量精度對比分析為對儀器性能及計算方法的可靠性進行檢驗,使用野外試驗資料,以移動站所采集的WGS84 大地高和基準站WGS84大地高求差,分別計算快速靜態和RTK成果的大地高高差ΔH靜和ΔHRTK。設兩種方法測得的高差之差為Δh1 ,則有:
Δh1 = ΔHRTK - ΔH靜(1)
式中:ΔHRTK為RTK移動站相對于基準站的大地高高差;ΔH靜為快速靜態相對于基準站的大地高差。對野外實測點進行統計可求得RTK 的平均誤差為- 0.5mm ,標準差為29.5 mm ,最大值為81 mm。RTK 所測高差與GPS 快速靜態所測高差之差Δh1 與基準站到移動站間距離L的關系見圖1 。
由圖1 可見,RTK 測量高差與快速靜態測量高差成果無系統誤差。由誤差傳播定律可得:
m2Δh1= m2ΔHRTK+ m2ΔH靜(2)
式中: mΔh1為兩種觀測方式的標準差; mΔHRTK、mΔH靜分別為RTK、快速靜態測量誤差標準差。將mΔh1、mΔH靜值代入(2) 式(距離按平均值L = 3km計) ,可解得mΔHRTK為2710mm ,與儀器標稱精度相當。因此,可以認為儀器在進行大地高高差測量時達到了標稱精度,該試驗方法正確,操作符合作業要求,數據成果可靠。
4、利用參數轉換求得的高程精度分析
使用RTK測量前,按布爾莎參數模型解算WGS84 坐標與北京54 坐標和85 高程系的轉換參數。每采集一點, 獲得WGS84 坐標的同時也得到了該點的北京54 坐標和85 系統高程。統計由轉換得到的85 高程和水準測量85高程之差Δh2,可求得誤差平均值為46.0mm ,標準差為70.3mm ,最大誤差為221.0mm。Δh2與距離L的關系見圖2 。由圖2可以看出:在小范圍(4km) 內,兩種方法測得的高程之差小于50mm ,而且隨距離無顯著變化;當距離大于4km后,誤差隨著距離的增大而增大,并且存在系統偏離;當距離達到10km 時,差值達到200mm。
5、RTK擬合水準
根據測區已知資料,繪制高程異常等值線圖?？梢圆榈迷囼烖c的高程異常ζ。用式(3) 進行水準擬合:
h擬合= H84基+ΔH - ζ (3)
式中: h擬合為點位擬合水準; H84基為基準站WGS84大地高;ΔH 為RTK測得的移動站與基準站高差。將擬合85高程與水準85高程建立對比系列,統計得平均誤差為- 518mm ,標準差為28.0 mm ,最大誤差為74mm。85高程和擬合高程之差Δh3與距離L的關系見圖3。從圖3可以看出,擬合RTK高程的誤差隨距離無明顯變化。
結論
- RTK測高精度能夠達到儀器標稱精度,數據可靠。若選擇在VDOP < 4、可用衛星為5 顆以上的情況下進行觀測,可提高觀測精度。
- RTK測量結果直接通過布爾莎模型轉化為正常高系統可能會出現較大誤差,在工程中一般不直接應用。
- RTK測量高差通過布爾莎模型轉化后,仍為大地高高差,經高程擬合消除高程異常后,所得正常高可以達到五等水準測量精度,滿足水庫河道淤積測量的精度要求。
- 由于RTK 大地高測量精度較高,RTK 水準測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高程測量的精度,應視測區情況合理布設水準點,建立適合本測區特點的水準擬合模型是RTK高程測量需認真解決的關鍵問題。