李成豐

【摘要】RTK技術(shù)作為一種先進(jìn)的測量手段,極大地改變了傳統(tǒng)的測量模式,提高了鐵路定測作業(yè)效率,節(jié)約了大量的人力物力,為測量工作帶來了巨大變革。本文將對如何提高RTK在鐵路定測中的精度做相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】RTK 鐵路定測 精度

一、RTK測量及其精度研究概述

1.RTK測量

RTK(Real Time Kinematics)是一種基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過無線電數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅接收來自基準(zhǔn)站的載波相位信息,還要接收來自于GPS衛(wèi)星的載波相位信息,并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。載波相位差分GPS分為兩類:一類是基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給用戶站,以改正其載波相位,然后求解坐標(biāo);另一類是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶進(jìn)行求差,解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù),后者為真正的RTK技術(shù)。

為取得高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)坐標(biāo),RTK儀器現(xiàn)在一般采用載波相位差分測量。進(jìn)行載波相位差分測量的關(guān)鍵是要求取整周模糊度。

2.RTK測量精度

RTK作業(yè)也有其自身的局限性,例如其在測量過程中要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站共同觀測五顆以上GPS衛(wèi)星,因此容易受到測站周圍地形地物的影響,另外地物反射造成的多路徑效應(yīng)也是影響RTK測量精度的一個(gè)重要因素。RTK基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)是通過無線電臺發(fā)射的數(shù)據(jù)鏈傳送的,因此對無線電造成干擾的各種因素都會(huì)對RTK作業(yè)造成影響。由于這些因素的影響,降低了RTK的測量精度,目前測繪工作者對于這些影響因素的研究已經(jīng)進(jìn)行得很深入,也提出了一些解決辦法。同時(shí)還對各種精度損失的原因進(jìn)行了分析,建立了數(shù)學(xué)模型予以消除或減弱。但對測量作業(yè)方式造成的精度損失的討論卻很少。

RTK儀器的標(biāo)稱精度都采用a+b×D的表示方式表述,其中a為固定誤差,一般以mm為單位;b為比例誤差,以ppm(即10-6)為單位。D為基準(zhǔn)站到流動(dòng)站之間的距離。由RTK儀器的精度標(biāo)稱方式我們可以看出,利用RTK測量時(shí)得到的點(diǎn)位誤差隨流動(dòng)站到基準(zhǔn)站距離的增加而增大。從RTK在工程測量中的應(yīng)用情況來看,使用RTK進(jìn)行兩點(diǎn)校正后進(jìn)行點(diǎn)位的測量與放樣是一種常見的作業(yè)方式,研究在這種作業(yè)方式中測量點(diǎn)位誤差變化情況以及如何估計(jì)RTK的測量精度對于實(shí)際工作具有指導(dǎo)意義。RTK測量得到的三維坐標(biāo)中,高程為大地高,而我國使用正常高高程系統(tǒng)作為工程測量的依據(jù),因此測繪工作中并不使用大地高,造成了數(shù)據(jù)的浪費(fèi)。為了能夠有效地利用大地高數(shù)據(jù),研究區(qū)域范圍內(nèi)大地高與水準(zhǔn)高程的轉(zhuǎn)化問題具有實(shí)際意義。

二、RTK測量特性分析

GPS生產(chǎn)商在RTK出廠時(shí)都會(huì)標(biāo)明其測量所能達(dá)到的精度水平,即以“a+b×D”的形式給出RTK儀器在測量過程中所能達(dá)到的精度水平。實(shí)際工作中,RTK流動(dòng)站的測量結(jié)果往往不穩(wěn)定,以Trimble R8為例表現(xiàn)為在20mm范圍內(nèi)變化。若進(jìn)行地形測量或dm級的定位測量中,可不考慮此影響,但若要提高測量精度進(jìn)行mm級的定位時(shí),則必須考慮RTK測量結(jié)果達(dá)到最優(yōu)所需的條件。

為研究RTK測量結(jié)果達(dá)到穩(wěn)定與時(shí)間的關(guān)系,對RTK測量的三維坐標(biāo)隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先,選取接收GPS衛(wèi)星信號好的開闊場地架設(shè)基準(zhǔn)站。然后在其附近架設(shè)流動(dòng)站,要保持由基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間電臺信號通訊良好,設(shè)置好采樣間隔,進(jìn)行連續(xù)采樣。

綜合相關(guān)結(jié)論可以看出,RTK測量坐標(biāo)具有明顯的偶然誤差特性。在增加測量時(shí)間后可以提高精度水平,采樣時(shí)間逐漸增加后觀測結(jié)果的平均值趨于穩(wěn)定?？梢岳迷黾佑^測時(shí)間并取均值的辦法來提高測量精度。

三、RTK平面測量精度分析

RTK測量提供實(shí)時(shí)坐標(biāo)是其優(yōu)于其它測量方式的最主要方面。在利用RTK進(jìn)行測量工作前首先要對其進(jìn)行校正,校正的的主要方法有:參數(shù)法和工地校正法。參數(shù)法包括三參數(shù)法、四參數(shù)法、七參數(shù)法。工地校正是指在實(shí)地測量已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo),將其與已知坐標(biāo)進(jìn)行校正;工地校正可選取用兩點(diǎn)校正、多點(diǎn)校正等多種形式。使用兩個(gè)已知點(diǎn)校正后進(jìn)行測量或放樣是一種較為常見的作業(yè)方法。因此,對兩點(diǎn)校正的精度情況進(jìn)行研究,對實(shí)際工作具有指導(dǎo)意義。

在線路測中,RTK的測量精度隨距離的遠(yuǎn)近發(fā)生變化。在作業(yè)過程中,流動(dòng)站相對于基準(zhǔn)站的誤差“a+b×D”隨距離的增加而表現(xiàn)得并不明顯(每公里只增加1mm),但是點(diǎn)校正引入的定向誤差造成的點(diǎn)位誤差變化則非常明顯,設(shè)測量點(diǎn)位到基準(zhǔn)站的距離為S1,用于流動(dòng)站校正的已知點(diǎn)到基準(zhǔn)站距離為S2,則由其定向引入的點(diǎn)位誤差與S2/S1相關(guān),即測量邊與校正邊比值越大,測量得到的點(diǎn)位誤差越大。因此在進(jìn)行線路測量RTK作業(yè)時(shí),一定要根據(jù)設(shè)計(jì)精度與已知點(diǎn)間的距離計(jì)算其可進(jìn)行滿足精度要求的作業(yè)距離。

四、RTK測量影響因素分析

RTK測量誤差主要包括以下幾個(gè)方面。

1.同信號傳播有關(guān)的誤差。包括電離折射、對流層折射和多路徑效應(yīng)誤差。

2.同接收機(jī)有關(guān)的誤差。接收機(jī)位置誤差、天線相位中心位置誤差及幾何圖形強(qiáng)度誤差等。

3.外界環(huán)境影響。如車輛影響、無線電信號通道影響等。

RTK進(jìn)行作業(yè)時(shí),基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離一般為幾公里至十幾公里。在這樣的距離情況下,由衛(wèi)星至兩點(diǎn)觀測站電磁波傳播路徑上的大氣狀況甚為相似,因此基準(zhǔn)站與流動(dòng)站所受到的電離層誤差、對流層誤差影響均可通過差分得以消除。多路徑效應(yīng)是RTK測量誤差的主要來源;其是由測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號(反射波)進(jìn)入接收機(jī)天線,對直接來自衛(wèi)星的信號(直接波)產(chǎn)生干涉,從而使觀測值偏離直值產(chǎn)生的。多路徑效應(yīng)的大小可以由其產(chǎn)生的一般情況進(jìn)行推導(dǎo),得出多路徑效應(yīng)對于L1載波其最大影響約為4.8cm,對于L2載波其最大影響為6.1cm。

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