GPS-RTK不同点校正模式的精度比较

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[摘要]：GPS技术在测量行业中应用已经相当普及，正在逐步替代传统的测量技术，其中RTK测量更是以其便携、便捷、快速、经济的优势在测量作业中得到青睐，本文通过实例分析gps-rtk在不同点校正模式下的测量精度，为不同需求的GPS-RTK测量任务提供参考。

[关键词]：GPS-RTK；点校正；坐标转换；参数校正；测量精度

中图分类号： P282文献标识码：A

1、GPS-RTK简介

RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

GPS-RTK技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

图1 RTK系统的组成

2、GPS-RTK点校正原理及点校正实施

2.1点校正原理

点校正就是求出WGS-84和当地平面直角坐标系统之间的数学转换关系（转换参数）。

在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标数据，而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或地方（任意/当地）独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将WGS-84坐标系转换到相应坐标系中。GPS点校正功能允许进行GPS和校正所用地方控制点的匹配（GPS坐标必须从GPS点和观测值得到），坐标系统之间的转换可以利用现有七参数或三参数，也可以利用GPS-RTK自带软件进行点校正求四参数和高程拟合。

基准转换：即从WGS-84经度、维度和椭球高度坐标转换到相对于地方测图格网椭球维度、经度和椭球高度坐标；

地图投影：是从地方椭球维度和经度坐标转换到地方测图格网的北方向和东方向（此过程中高度值改变）到WGS-84高度的大地水准面模型到海平面的近似高程。进行转换后格网坐标平面平差，以符合地方控制数据。地方椭球高或由大地水准面得到的高程转换为地方海平面控制高程的高度平差。数据库中的所有GPS点都用校正参数更新，产生更精确的地方格网坐标值。将新的坐标系统定义（包括校正参数）保存为一个站点，供同一地区今后项目使用，确定项目区域被校正中使用的点封闭起来。

如果工程坐标系统定义使用大地水准面模型获得点高程，则高程直接由内查到大地水准面模型格网的WGS-84高度确定。但是，也可以将高度平差应用到大地水准面模型产生的高程，本次试验采用大地水准面模型。

2.2点校正模式对比

本次GPS-RTK点校正实验是在天津开发区时尚广场实施，下图所示为实验网，图中A为基站架设点，图中各点均为已知WGS-84和北京54坐标点，各点高程已知。

基准站架在已知点A上，视野开阔，无遮挡物及大面积水域，远离高压电线，脚架稳固。

实验中，我们使用了南方测绘仪器公司的天王星双频灵锐82测量系统，该系统直接即可对卫星情况和数据链进行适时的监控，其具有更高抗干扰性、高集成性和高可靠性，其标称精度为：RTK定位平面精度为±(2era+2PPm×D)，高程精度优于±(5cm+2PPm×D)，GPS RTK作用距离12Km。硬件设备主要是基准站和流动站接收机及手簿，其中基准站由三脚架、GPS天线，电台天线，连接电缆等组成，软件系统由配套的数据采集系统及数据处理系统组成。

2.2.1单点校正

单点校正并不依据转换模型，而是通过观测，求出校正点的WGS-84坐标，再根据校正点的已知坐标求出3个平移参数（ΔX, ΔY, ΔH）,不考虑旋转参数及比例因子，数学模型如下：

ΔX=X已知 - XWGS84

ΔY=Y已知 - YWGS84

ΔH=H已知 - HWGS84

实验中A点为基准站，1、2、3、4、5点均为流动站，且它们的WGS-84坐标和北京54坐标及高程均已知，通过单点校正计算出了1、2、3、4、5点的北京54坐标，则与已知坐标值比较结果如下：

注：单位为毫米。

由上表可知，单点校正中，高程校正精度远远低于平面校正精度，且北坐标和东坐标校正精度亦不均匀，前者低于后者。

2.2.2二点校正

二点校正采用平面四参数转换模型，求出4个参数（2个平移参数ΔX, ΔY,，1个旋转参数α，1个尺度参数m）,然后高程的转换参数依然只是求出两个校正点已知高程与WGS84坐标系高程之差并求得平均值ΔH，数学模型如下：

用A、B两点采用南方GPS-RTK S82随机软件中工程之星求转换参数，用该参数测得1、2、3、4、5各点的坐标与高程，并与已知坐标比较，结论如下：

注：单位为毫米。

由上表可知，平面精度和高程精度均小于单点校正，且较均匀，但高程校正精度依然远远低于平面校正精度。

2.2.3参数校正

参数校正的基础是建立测区GPS控制网，通过静态GPS观测数据，经后处理软件计算出七参数（3个平移参数，3个旋转参数及1个尺度参数m）。

目前常用的为布尔莎七参数模型：

采用A、B、C、D四点组成控制网，先通过南方静态后处理软件解算出该控制网的7参数，使用该参数测得1、2、3、4、5各点的坐标与高程，并与已知D级GPS成果比较如下：

注：单位为毫米。

由上表可知，采用参数校正法后，北方向、东方向坐标差值以及高程差值都大幅降低，均匀度也好于前两种校正方法，在控制范围内点位整体精度也很高，表明参数校正法精度最高。

3.结论

实验得出采用GPS-RTK测量技术，三种校正模式下测量的平面坐标精度（厘米级）优于高程精度（分米级），当分别采用单点校正、多点校正和参数校正的模式进行测量时，精度是不一样的，单点校正由于没有考虑旋转参数和尺度因子精度最低，其次是多点校正，参数校正精度最高。在进行单点和多点较正时，校正点离控制点的距离也影响测量精度的关键因素 ，距离越远精度越低；采用参数校正时，控制网布设的合理与否，精度的高与低也直接影响测量的精度。

综上，应根据测区已有控制点的情况，测量任务工期及精度要求合理选择GPS-RTK测量点校正模式来完成测量任务。

参考文献：

[１] 周忠谟 易杰军 周琪 .GPS卫星测量原理与应用.［Ｍ］.测绘出版社.2002[２] 张琴 李家权 全球定位系统测量原理及数据处理基础.［Ｍ］.西安。西安地图出版社2001[３]李青岳等．工程测量学［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９５（第二版）．

[4] 全球定位系统（GPS）测量规范．GB/T18314-2009.中国标准出版社作者简介：齐晓莉（1979—），女，河南省濮阳县人，测绘工程师，2004年7月毕业于重庆大学土木工程学院测绘工程专业，学士学位，现主要从事工程测量工作。