關于RTK的工作原理和精度分析

關于RTK的工作原理和精度分析

    經常有一些客戶會打給我詢問一些有關RTK的精度問題,根據我的總結,這些客戶對RTK的原理掌握不夠深刻,對一些能反映RTK精度的指標也理解不透,在此我對RTK的原理及精度簡要的闡述一下,希望能拋磚引玉,對大家有所幫助.
    RTK是實時動態測量，其工作原理可分為兩部分闡述。
    一、實時載波相位差分
    我們知道，在利用GPS進行定位時，會受到各種各樣因素的影響,為了消除這些誤差源,必須使用兩臺以上的GPS接收機同步工作.GPS靜態測量的方法是各個接收機獨立觀測，然后用后處理軟件進行差分解算。那么對于RTK測量來說，仍然是差分解算，只不過是實時的差分計算。
    也就是說，兩臺接收機（一臺基準站，一臺流動站）都在觀測衛星數據，同時，基準站通過其發射電臺把所接收的載波相位信號發射出去；那么，流動站在接收衛星信號的同時也通過其接收電臺接收基準站的電臺信號；在這兩信號的基礎上，流動站上的固化軟件就可以實現差分計算，從而地定出基準站與流動站的空間相對位置關系。在這一過程中，由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差，即為儀器標定誤差,一般為平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm.  
    二、坐標轉換
    空間相對位置關系不是我們要的zui終值,因此還有一步工作就是把空間相對位置關系納入我們需要的坐標系中。GPS直接反映的是WGS-84坐標,而我們平時用的則是北京54坐標系或西安80坐標系,所以要通過坐標轉換把GPS的觀測成果變成我們需要的坐標。這個工作有多種模型可以實現，我們的軟件采用的是平面與高程分開轉換，平面坐標轉換采用先將GPS測得成果投影成平面坐標，再用已知控制點計算二維相似變換的四參數，高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準點計算出該測區的待測點的高程異常，從而求出他們的高程。坐標轉換也會帶來誤差，該項誤差主要取決于已知點的精度和已知點的分布情況。
    從上可以看出，RTK的測量精度包括兩個部分，其一是GPS的測量誤差，其二是坐標轉換帶來的誤差。
    對于RTK設備來說，這兩項誤差一般都能夠反映，GPS的測量誤差在實時測量時可以從手簿上的采集軟件中看得到（HRMS 和 VRMS）.對于坐標轉換誤差來說，又可能有兩個誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點誤差的傳遞。當用三個以上的平面已知點進行校正時，計算轉換四參數的同時會給出轉換參數的中誤差（北方向分量和東方向分量,必須通過控制點坐標庫進行校正才能得到)。值得注意的是，如果此時發現轉換參數中誤差比較大（比如，大于5cm）,而在采集點時實時顯示的測量誤差在標稱精度范圍之內，則可以判定是已知點的問題(有可能找錯點或輸錯點)，有可能已知點的精度不夠，也有可能已知點的分布不均勻。當平面已知點只有兩個時，則只能滿足計算坐標轉換四參數的必要條件，無多余條件，也就不能給出坐標轉換的精度評定,此時，可以從查看四參數中的尺度比ρ來檢驗坐標轉換的精度，該值理想值為1，如果發現ρ偏離1較多（比如：|ρ-1|≧1/40000，超出了工程精度），則在保證GPS測量精度滿足要求的情況下，可判定已知點有問題。
    
    總結得到：
    為了保證RTK的高精度,有三個以上平面坐標已知點進行校正，而且點精度要均等，并要均勻分布于測區周圍,要利用坐標轉換中誤差對轉換參數的精度進行評定.如果利用兩點校正,一定要注意尺度比是否接近于1.