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GPS RTK技术在实际应用中的优劣

时间:2013-10-21浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

前言

RTK测量技术时下风靡全国,主要因为其测量模式和测量速度、精度比以往的测量方式有了很大的变革,下面就其在行业应用的优劣作简要分析。

一、RTK技术的测量速度

RTK技术的测量速度主要由初始化所需时间决定,初始化所需时间又由RTK技术差别(各种机型有不同的快速解算技术)、接收卫星的数量和质量、RTK数据链传输质量等因素决定,快速解算技术越先进,在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、质量越好,RTK数据链传输质量越高,初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下,RTK初始化所需时间一般为几十秒;不良环境条件下(尚满足RTK基本工作条件),技术先进的RTK也需要几分钟到十几分钟,其它机型RTK需要几十分钟甚至不能测量。如美国ASHTECH生产的Z-X双频RTK在良好的环境条件下,初始化所需时间为2-10秒,在不良环境条件下,仍能较顺利地进行RTK测量,主要是这种机型拥有先进的Z-跟踪专利技术、快速RTK(INSTANT-RTK)技术和多路径消减专利技术,试验表明,即使测区内有一部分地方环境恶劣,其观测值点位中误差仍在±2.41cm以下。南方测绘的9800RTK的初始化时间小于60秒,一般为45秒,而最新的灵锐S80的初始化为15秒左右,所以对于测量要求而言,国产和进口的仪器差别并不是很明显。

二、RTK测量成果的质量控制

研究表明,RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%, RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此,和GPS静态测量相比,RTK测量更容易出错,必须进行质量控制。

质量控制的方法主要有:

(1)已知点检核比较法———即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。

(2)重测比较法———每次初始化成功后,先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。

(3)电台变频实时检测法———在测区内建立两个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。

以上方法中,最可靠的是已知点检核比较法,但控制点的数量总是有限的,所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果,电台变频实时检测法的实时性好,但它需具备一定的仪器条件。

三、RTK技术优点

3.1作业效率高

在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节省了外业费用,提高了劳动效率。

3.2定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累。

只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km),RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

3.3降低了作业条件要求

RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”,因此,和传统测量相比,RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

3.4RTK作业自动化、集成化程度高,测绘功能强大。

RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。

3.5操作简便,容易使用,数据处理能力强。

只要在设站时进行简单的设置,就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强,能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。南方测绘9800、灵锐S80在基准站架设、移动站操作、手簿软件的使用方面都比较简单易学。

四、RTK的不足及其解决办法

4.1受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖,容易产生假值。另外,在高山峡谷深处及密集森林区,城市高楼密布区,卫星信号被遮挡时间较长,使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

4.2天空环境影响。白天中午,受电离层干扰大,共用卫星数少,常接受不到5颗卫星,因而初始化时间长甚至不能初始化,也就无法进行测量。在南宁郊区,我们做过试验,在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量,上午11点之前和下午3:30分之后,RTK测量结果准而快,而中午时分,很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。

4.3数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰,在传输过程中衰减严重,严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外,当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里,每种机型在不同的环境又各不相同)时,测量结果误差超限,所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多,工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

4.4初始化能力和所需时间问题。在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时,GPS卫星信号被阻挡机会较多,容易造成失锁,采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。

4.5高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确,但我国现有的高程异常图在有些地区,尤其是山区,存在较大误差,在有些地区还是空白,这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难,精度也不均匀。

4.6电量不足问题。RTK耗电量较大,需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业,在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制。

4.7精度和稳定性问题。RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪,特别是稳定性方面,这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。不同质量的RTK系统,其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题,首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机种,然后,要在布控制点时多布置一些“多余”控制点,作为RTK测量成果质量控制的检核点。

五、RTK的优化布测方法

5.1摸清仪器特性。通过在各种条件下反复试验,摸清仪器各种特性,如能否达到标称精度,在各种条件下的测量误差和作业半径,摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等等,以便应用时得心应手。

5.2布控制点。控制点主要布置在制高点上用来设置基准站,以利于接收卫星信号和数据链信号,控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍。为方便对RTK测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点,应在测区内环境不良地区增设一些控制点。控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应,南方测绘的9800天王星RTK、灵锐S80有抑制多路径效应的技术,对于无线电和环境不良区域有相关的技术处理。

结束语

综上所述,RTK在实际测量过程中有很多优秀的方面,同时也有些技术限制,只有了解了它的劣势所在,才能避其利害,把有益于实际生产的技术带到工程应用中来。
 

信息标题:GPS RTK技术在实际应用中的优劣

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