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GPS RTK技术在实际应用中的优劣简析

时间:2012-10-26浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

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。

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。

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:

  • 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。
  • 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。
  • 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。

RTK技术优点

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。

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、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。

4、RTK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。

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。

RTK的不足及其解决办法

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

RTK的优化布测方法

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。

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简析

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