RTK技术的误差分析及质量控制.docx
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RTK技术的误差分析及质量控制
RTK技术的误差分析及质量控制
摘要•…
1GPS-RTK定位基本原理
2GPS-RTK误差来源
2.1GPS-RTK怎位的误差分类
2.2同仪器和GPS卫星有关的误差
221天线相位中心变化
222轨道误差
2.2.3卫星钟差
2.2.4观测误差
2.2.5S准站精度
2.2.6坐标转换参数的误差影响
2.3同信号传播有关的误差
2.3.1电离层误差
2.3.2对流层误差.
2.3.3
多路径误差,
2.3.4
信号干扰…,
2.3.5儿何图形强度影响
3RTK测量方法步骤
3.1基站RTK测量方法
3.2网络RTK的作业流程
4实例分析
4.1实例一
4.2
（10）
实例二
5GPS—RTK定位的质量控制
5.1对坐标参数转换的要求
5.2建模时校正点选择要求
5.3基准点选择要求
5.4观测时间要求
5.0机内精度设置要求
5.6RTK观测架站要求
（14）
5.7jg复观测
（14）
5.8解决盲点
（14）
5.9加强观测中的校核
（14）
5.10作业半径的限制
（15）
5.11整周模糊度确定
（15）
6结束语
（15）
参考文献
（16）
Abstract
RTK技术的误差分析及质量控制
摘要：
本文介绍了GPSRTK技术的定位的基本原理，及利用RTK测量的方法步骤，分析了GPS-RTK定位的误差来源。
同时通过工程实例，将RTK测量数据与全站仪实测边、四等水准比较，验证了GPSRTK测量的精度。
并对RTK测量的质量控制进行分析。
关键词：
RTK技术；误差；精度；质量控制
ErrorAnalysisandQualityControlofGPS-RTKTechnology
Abstract:
ThispaperintroducesthebasicprincipleofthepositioningofGPSRTKtechnologyandthemethodofusingRTKmeasurement.ItanalyzestheerrorsourcesofGPS・RTKpositioning.AtthesametimeGPSRTKmeasurement'saccuracyisverifiedthroughsomeengineeringexampieswhichcoinpareRTKmeasurementdatawithtotalstationmeasurededge,thefourthleveLAndthispaperalsoanalyzesthequalitycontrolofRTKmeasurement.
Keywords:
RTKtechnology：
Error;Precision;Qualitycontrol
1GPS-RTK定位基本原理
RTK（Real-timekinematic）实时动态差分法。
这是一种新的常用的GPS测暈方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度叫而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。
它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大的里程碑，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。
RTK实时动态定位系统主要包拾3个部分：
①基准站②流动站③电台（通常称数据链）oRTK技术是一种高效的定位技术，根据GPS的相对定位理论，它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号。
将一台接收机设置在己知点上（基准站），另一台或几台接收机放在待测点上（移动站），同步采集相同卫星的信号。
基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时，通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站;移动站接收机在跟踪GPSW卫星信号的同时通过数据链接收来自基准站的数据，然后利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件与木机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行处理,计算载波相位整周模糊度，实时地给出待测点的坐标、高程及实测精度。
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，数据处理技术关键即初始整周模糊度的快速解算，数据传输技术关键即高波特率数据链传输的高可靠性和强抗干扰性。
RTK正常工作的基本条件叫基准站和移动站同时接收到5颗以上GPS卫星信号；基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发岀的差分信号；基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号，即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁，否则RTK须重新初始化。
RTK技术受外界条件的影响和限制较小，只要能满足基木工作条件，就能快速、准确地定位测星待测点三维坐标。
RTK技术测量中间环节少、人工干预少，测量效率高，具有传统常规测量作业无可比拟的优势。
但是，这一技术仍存在局限性。
例如基准站信号的传输延迟给定时定位带来误差，高波特率数据传输的可靠性及电台干扰更是影响工作中的关键问题。
2GPS-RTK误差来源
2.1GPS-RTK定位的误差分类
（1）同仪器和GPS卫星有关的误差：
包括天线相位中心变化、轨道误差、钟误差、观测误差等；
（2）同信号传播有关的误差：
包括电离层误差、对流层误差、多路径效应、信号干扰等。
对固定基准站而言，同仪器和GPS卫星有关的误差可通过各种校正方法了以削弱，同信号传播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的（一般为10km内）。
2.2同仪器和GPS卫星有关的误差2.2.1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，可使点位坐标的误差一般达到3-5cmo因此，天线相位中心的变化，对RTK定位精度的影响非常大⑶。
实际作业中，可通过观测值的求差来削弱相位中心偏移的影响，要求接收机的天线均应按天线附有的方位标志进行定向，必要时应进行天线检验校正。
2.2.2轨道误差
目前，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Ippm,就短基线（<10km）而言，对结果的影响可忽略不计。
但是，对20〜30km的基线则可达到2〜3cm。
2.2.3卫星钟差
目前钟差可通过对卫星钟运行状态的连续监测而精确地确定，钟差对传播距离的影响不会超过6m,影响基线的相对误差约0.2ppni,就RTK观测的影响可忽略不计。
2.2.4观测误差
主要是对中、整平及天线高量取的误差。
要求对仪器要认真细心地架设，要有高度的责任心，对天线高的量取可采用两次量取，量取部位要准确，不能有差错⑶。
2.2.5基准站精度
基准站的坐标精度较低，流动站得到的三维坐标都会带有系统偏差。
因此，基准站具有较高的精度非常重要。
第一次设置基准站，应联测一个己知点进行检核。
2.2.6坐标转换参数的误差影响
RTK测量精度主要取决于测量误差和坐标转换参数的误差。
坐标转换参数的影响因素有计算转换参数的己知点的点位误差、已知点和待测点的几何关系、坐标转换参数的计算方法等。
一般采用布尔沙模型计算七参数⑷，七参数的优点在于能够保持GPS测量的计算精度,只要地方坐标足够紧密，公共点的分布合理，在控制区域都能适用。
2.3.1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）叫利用电离层模型加以改正。
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，RTK测量无法进行。
2.3.2对流层误差
对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，高度角90。
时可使电磁波的传播路径差达2〜3mm,当高度角为10。
时高达20m左右。
利用下列方法使对流层误差得到有效的消除和削弱：
卫星高度截止角不得小于15。
；利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）;利用对流层模型加以改正。
2.3.3多路径误差
多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差。
多路径误差取决于天线周围的环境。
多路径误差一般为几个厘米，高反射环境下可超过lOcmo多路径误差可通过下列措施予以削弱：
选择地形开阔、不具反射而的点位；采用扼流圈天线或具有削弱多径误差的各种技术的天线；基地站附近辅设吸收电波的材料。
2.3.4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。
为了削弱电磁波辐射干扰作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200ni叫离高压线应超过50mo在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
2.3.5几何图形强度影响
根据卫星星历预报，选择几何图形强度因子较小，卫星数量较多且分布较好的时段进行测设，图形强度越高，RTK的精确性和可靠性越高，初始化所需的时间越短;适当延长在每个流动站上的观测时间,确保测量数据是固定解。
3RTK测量方法步骤
3.1基站RTK测量方法
（1）基准站和移动站安装
基准站安装：
1在基准站架设点安置脚架，安装上基座对点器，再将基准站主机装上连接器置于基座之上，对中整平。
2安置发射天线和电台，建议使用对中杆支架，将连接好的天线尽量升高，再在合适的地方安放发射电台，用多用途电缆和扩展电源电缆连接主机，电台和蓄电池。
3检查连接无误后，打开电池开关，再开电台和主机开关，并进行相关设置。
移动站安装：
1连接碳纤对中杆，移动站主机和接收天线，完毕后主机开机。
2安装手簿托架，固定数据采集手簿，打开手簿进行蓝牙连接，连接完毕后即可进行仪器设置操作。
（2）仪器设置
手工设置：
不论基准站还是移动站，都可以通过手工来对工作模式进行设置。
1按紧F和I开机，保持按下状态直到6个灯都同时闪烁。
按F切换模式，顺序为移动站、基准站、静态、直连电台、直连网络、直连外置。
（后三项直连模式在按F切换后己经打通，不需要按I）按I键重新启动。
2在工作状态，短按F显示模式。
松开F键5秒后LED灯恢复到正常工作模式。
3长按F键5秒直到蜂鸣器响且LED进入数据链选择模式后松开，则开始选择数据链。
按F键选择数据链后，按I开始切换。
4按I键3秒以上10秒以下，所有LED均不亮的时候放开，关闭主机。
5按I键10秒以上，BAT（内置电池）和PWR灯长亮，放开后系统开始自检（主机正常工作之前需自检）。
（3）参数设置一新建工程
新建作业的方式有向导和套用两种，下面先介绍用向导建立工程。
①使用向导方式新建工程：
首先在作业名称里而输入所要建立工程的名称，新建的工程将保存在默认的作业路径“\系统存储器（或FlashDisk）\Jobs\"里而，选择新建作业的方式为“向导”，然后单击“0K”，进入参数设置向导。
椭球设置。
单击“椭球系名称”后面下拉的按钮，选择工程所用的椭球系然后单击“下一步”，输入设置参数后单击“确定”表明已经建立工程完毕；“上一步”，回到上一个界面；“下一步”，进入下一个界而；“取消”，取消工程的建立。
投影参数设置。
在“中央子午线”后而输入当地的中央子午线，然后再输入其它参数。
在这里输入完之后，如果没有四参数、七参数和高程拟合参数，可以单击“确定”，则工程已经建立完毕。
如果需要继续，请单击“下一步”。
四参数设置。
如果需要使用四参数，先勾选“启用四参数”，然后输入己有的四参数，然后单击“下一步”继续。
输入完之后如果单击“确定”，建立工程完毕。
如果不使用四参数，直接单击“下一步”。
七参数设置。
如果需要使用七参数，先勾选“使用”，然后输入己有的七参数，然后单击“下一步”继续。
输入完之后如果单击“确定”，则表明工程己经建立完毕。
如果不需要使用七参数，直接单击“下一步”。
四参数和七参数不能同时使用，输入其中一种参数后，不要再输入另一种参数。
高程拟合参数。
如果需要使用高程拟合参数，先勾选“启用高程拟合参数”，然后输入已有的高程拟合参数，单击“确定”，工程建立完毕。
如不需要则直接单击“确定”，工程建立完毕，可以开始使用。
②使用套用方式新建工程：
在输入工程名称后，建立的作业方式选择“套用”，选择好套参照的工程文件，然后单击“确定”，工程已经建立完毕。
该新建工程的相关参数与己选的参照工程参数相同。
（4）求转换参数
设置一控制点坐标库一输入己知坐标一增加原始点坐标一保存及查看参数
⑸目标点测量
分为手动采集和自动采集即自动存储。
3.2网络RTK的作业流程
（1）卫星预报
RTK作业前需进行卫星星历预报，最好选取PD0P<4,卫星数>6的时间窗口进行RTK作业编制预报表时应包拾可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等内容。
（2）网络RTK流动站的配置
在进行网络RTK作业前，需要对参考站和流动站的作业方式，通信模式等进行设置。
（3）流动站配置文件的选择
准备网络RTK作业时，根据实际作业要求和现场条件需选择合适的配置集。
（4）RTK测量初始化
RTK测量必须在完成初始化后才能进行，网络RTK的初始化通常采用静态初始化的方式，网络RTK在参考站系统内的初始化时间与距某一参考站点的距离没有直接联系。
（5）流动站观测
在观测时需查看测站信息，包括接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各卫星信噪比、相位测量残差实时定位的结果及收敛值、流动站与参考站数据中心的通信状况。
4实例分析
4.1实例一
一测区南北约9km,东西约8km，总而积约70kn?
拟在测区内进行地形图测绘、道路及建筑物等放样工作，首级控制采用静态GPS定位，在此基础上利用RTK定位进行控制点的加密，以便进行细部采集和工程放样等工作。
基准站选在测区中央处一四层楼上，视野开阔，交通便利，建模时点校正采用分布均匀的平而控制点6个，高程控制点9个，按GPSRTK定位要求进行质量控制，精度分析情况如下：
（1）点校止残差
点校正的残差表如下：
表1点校正残差表
占号
DX
DY
DH
104
-0.002ra
-0.012in
0.009m
106
0.018m
-0.013m
-0.009ni
B02
0.012m
112
-0.018ra
0.003m
-0.003m
117
0.OlOm
0.004m
0.013m
B03
0.009m
123
-0.013ra
0.001m
0.012m
B05
-0.003m
129
0.019m
-0.Ollm
0.023m
模型校正点的点位水平残差值在0.011-0.022ra之间，垂直残差值在0.003-0.023ra之间，可以说转换参数拟合精度是比较高的。
（2）红外测距仪测边精度
用高精度的红外测距仪检查9条边长，比较如下：
表2红外测距仪测边精度表
序号
相邻边
RTK测量
DM测量
较差
相对精度
1
Tl—T2
154.215in
154.208m
0.007m
1/22000
2
T4—T3
185.757m
185.764m
0.Ollm
1/17000
3
T4—T5
179.948m
179,940m
0.008m
1/22000
4
Til—T12
101.577in
101.581m
-0.004m
1/25000
5
Til—TIO
300.806ni
300.808m
-0.002m
1/150000
续表:
6
T22—T21
145.876m
145.868m
0.008m
1/18000
7
T22—T23
252.340m
252.336m
0.004m
1/63000
8
T52—T53
120.925m
120.920m
0.005m
1/24000
9
T90—T91
191.847ni
191.846m
0.001m
1/192000
检测结果表明：
检测较差在0.001-0.Ollmo之间,边长相对误差在1/17000-1/192000之间，超过200m米的边长相对误差最大为1/63000,小于200m的边长绝对误差最大为11mm,满足一级控制测量规范要求，可以作为工程放样的起算数据。
⑶RTK拟合高程和四等水准高程比较
在RTK观测的点位,选择了42个点进行四等水准观测,RTK拟合高程和四等水准高程比较:
较差范S为-0.035-+0.052in之间，其中边缘区的误差高于中央区的误差,误差的算术平均值为0.008m,表明误差呈偶然性分布。
如把四等水准当作误差很小看待，则RTK高程的中误差为±0.022m。
检测结果表明，只要点位分布均匀，密度适中，RTK观测的高程也可以达到较高精度的结果I役4.2实例二
木次试验选取了南阳地区二级导线网中的一段，如图1所示。
RTK作业使用的仪器是南方测绘公司的灵锐S82RTK接收机两台,电台功率为25W,标称平而精度Icm+lppraXD,高程精度2cm+lppmXDo于2007年10月19、20日用RTK测星导线网中的各个点的坐标，然后与己知坐标进行比较，验证RTK控制测量的精度。
其结果如表3所示。
Illi
12
图1二级导线
表3导线点已知坐标与RTK测量所得坐标及其差值
点名
导线点已知坐标
RTK控制所得坐标
△X
'em
AY
/cm
AH
cm
X/m
Ym
H/m
X/m
Y,m
H/m
1
292573.194
508325.227
32.981
292578.182
508325.221
32.967
1.2
0.6
1.4
2
292589.168
50S580.20S
32.916
292589.475
508580.203
32.957
0.7
0.5
1.1
3
292607.484
508798.436
32.571
292607.471
508798,420
32.550
l.S
1,6
2.1
4
29257&411
508866.112
32.462
29257&420
508866,101
32.447
0.9
h1
L5
5
292471.115
508959.099
32.337
292471.121
508959.095
32.323
0,6
0.4
1.4
6
292313.381
509155.330
32.344
292313.385
509155.325
32.360
0.4
0.5
1.6
7
29216&978
509342.006
32.211
29216&987
509沁998
32.201
0.9
0.8
1.0
8
292237.557
509-147.179
32.012
292237.583
509147,166
31.027
1,9
1,3
1・5
9
292162.124
509501,010
31.300
292162.103
509503,987
31.325
2.1
2.3
2.5
10
292029.065
509479.503
32.503
292029.079
509479,492
32.522
1.4
1,1
1・9
11
291861.137
509-180.043
32.814
291861.142
509-180,051
32.S05
0,5
0.8
0・9
12
291636.961
509-182.483
32.698
291636-951
509482,189
32.708
0.7
0,6
1.0
根据公式△产屈+疋计算第i个的点位误差如表4所示:
表4各点的点位误差
点名
123
4
5
6
7
8
9
101112
1.34268602.062
1.421
0・721
0.640
1.204
302
3.114
1・7800.9430.922
根据公式，可计算点位的中误差为1.61cm,计算高程的中误差为1.562cm,式中,n为点位个数。
由计算的各点位误差和高程的中误差看,RTK测量成果的平而中误差和高程中误差均未超过5cm,这说明RTK技术能满足《城市测量规范》CJJS-99中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±5cin的要求。
其中第3、8、9、10四个点的误差较大，是因为这4个点的一侧有高楼遮挡影响卫星和基站的传输信号,但是通过对这4个点的重测检核，发现重侧得到的坐标跟第1次测得坐标较差很小，都在Scm之内，在实测时，应取两次坐标的平均值作为最终成果囿。
具体见表5。
表5•重测检核
点名
RTK控制所得坐标
重测检核所斜坐标
△X
cm
AX
cm
△X
cm
X/tn
Y,m
H/m
X/m
Y,m
H/tn
3
292607.4715
508798.420
32.550
292607.189
508798,424
32.578
1・8
0.4
2.8
8
292237.538
509417,166
31.027
292237,529
509447,185
31.008
0.9
1,9
1.9
9
292162.103
509503,987
3L325
292162115
50950-L001
31.832
1,2
1.1
0・7
10
292029.079
509479,192
32.522
292029.091
509179.475
32.195
L2
1.7
2.7
5GPS-RTK定位的质量控制
5.1对坐标参数转换的要求
GPS卫星星历是以WGS-84大地坐标系为根据而建立的，GPS
RTK使用的坐标系统是WGS-84坐标系统。
我国目前使用的是1954年坐标系或1980年国家大地坐标系，因此，必须求出WGS-84坐标转换到北京54坐标系或西安80坐标系
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