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利用RTK进行工程测量的误差分析

时间:2014-09-25 22:31:53 阅读量:0次 所属分类:电子论文

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。

  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GPS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,可使点位坐标的误差一般达到3~5cm。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(

  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,以削弱各种误差带来的影响。

  参考文献

  [1]张正禄.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2002.

  [2]徐绍铨,张华海,杨志强,王泽民.GPS测量原理及应用[M]. 武汉:武汉大学出版社,2003.

  [3]汪胜国.地籍测量中的RTK技术和其他技术[J].岩土工程技术,2004,4(10):1-5.

 


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