RTK测量重复性的研究

测绘信息网测量重复性的研究王剑（江苏省测绘产品质量监督检验站南京市北京西路75号[e-mail]）摘要通过对GPS原理的分析，结合检定中的实际情况，提出在RTK检定过程中增加对测量重复性的检定测绘信息网关键字GPSRTK检定重复性全球定位系统（GPS）主要是由三大部分组成。即空间星座部分、地面监控部分和用户部分。全球定位系统的空间星座部分和地面监控部分是用户应用该系统进行导航和定位的基础。用户只有通过用户设备（即GPS接收机）才能实现应用GPS进行测量和导航、定位的目的。监控站的主要目的是监测和维护卫星。对用户来说，无须对监控站有过多了解，只要知道它们的功能是保障卫星的正常运转就行了。卫星是GPS的第二个主要部分。根据定义，全球星座有27颗卫星。每颗卫星距离地球表面约20,200公里，轨道运行周期为11小时58分。每颗卫星都装备有原子钟,无线电收发机及其它设备。收发机从监控站取得并传输有关卫星身份、位置和时间等的信息和指令。每颗卫星可用两个不同频率进行传输：L1即1575.42MHz和L2即1227.60MHz。与监控站不同，用户必须了解数据采集期间可用卫星的位置、几何分布状态和数量。这些重要因素将影响GPS测量的可靠性和精确度。测绘信息网接收机按用途可分为测地型、导航型和时钟型。现在的双频GPS接收机都具有静态测量和动态RTK测量功能。GPS接收机的功能一如其名，即为接收和存储来自GPS卫星的信号。这是接收机的主要功能，对某些接收机来说，也是它们的唯一功能。除了接收和存储来自GPS卫星的信号外，有些接收机还可行使诸如计算点位坐标并以多种定位基准和直角坐标系统加以显示、通过串行端口输出原始数据和计算所得位置坐标、以及显示卫星可用性信息等附加功能。更高级的接收机可以从另一个正在同步采集数据的GPS接收机那里接收原始数据，并将此数据与其本身数据结合，实时地计算出自己的精确位置，这正是实时动态测量（RTK）接收机的工作原理。载波相位差分技术又称RTK（RealTimeKinematic）技术，它是建立在全球定位系统（GPS）基础之上的实时动态定位技术，常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK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，它的出现为各种控制测量、地形测图、工程放样带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，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。在整周未知数解固定后，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，基准站和流动站的接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，基准站接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较，就可以获得GPS定位数据的改正值，据此来改正动态接收机所测得的实时位置。此时多项测绘信息网误差得到抵消，可以得到更为精确的动态用户位置。其原理如图1所示：图1GPS-RTK技术原理图在进行RTK检定校准的过程中，经常出现对同一个检测点检测的坐标或距离相差很大的情况。而在《全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范》（JJF1118-2004）中，没有关于这种重复测量结果的精度说明。测绘信息网测量的重复性被定义为在相同测量条件下，对同一被测量体按方法规定的步骤，进行多次连续测量所得结果之间的一致性。这些条件称为重复条件，它包括相同的测量程序、相同的观测者、在相同的条件下使用相同的测量仪器、相同地点、在短时期内重复测量。现在我们在重复性条件下做实验获得一组数据X1，X2，…Xn，那么这一组数据中任Xi，Xj两数的差不能超过重复性。那么重复性又是多少呢？现在我们定义S为单次测量标准偏差，r为测量重复性。则S83.22S2r，称r为置信概率为95%时的重复性。现在我们来考虑RTK检定校准过程中平面精度的重复性，现在大多数GPS接收机的RTK平面标称精度为±(10mm+1mm/km*D)，即固定标准差a=10mm，比例标准差b=1mm/km，D为所测距离(单位为km)。则标准偏差D)*(baS22。当进行RTK基线对比测试，10km左右时S为标准偏差为14.1mm，则重复性r=2.83*14.1为40mm，即采集的数据最大值与最小值不得大于40mm。以下是对某进口GPS进行RTK测量重复性所得的结果:测绘信息网测量重复精度分析表（Nr.0215采集时间为：10秒）对此次测量的数据进行分析结果是其重复性是满足条件的。参考文献[1]《GPS原理与应用》测绘信息网[2]《全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范》（JJF1118-2004）[3]《测量不确定度的评定与表示》StudyonTheRepeatabilityofRTKWangJian(JiangsuProvincequalitysupervisionandinspectionstationofsurveyingproduction,Nanjing210013)AbstractThroughtheanalyzingofelementsofGPS,combiningthefactsofinspection,inordertoaddtheinspectionoftherepeatabilityofRTK.KeywordsGPSRTKInspectionRepeatability序号10秒观测长度(m)10秒观测长度(m)10秒观测长度(m)10秒观测长度(m)10秒观测长度(m)最大互差(mm)1-2119.841119.840119.840119.838119.84241-3311.962311.961311.959311.960311.96451-4503.968503.965503.966503.969503.97051-5575.980575.983575.984575.981575.98341-6743.985743.989743.988743.983743.98361-7791.998792.000792.000792.000791.99731-8960.016960.017960.015960.017960.01721-91031.9801031.9811031.9831031.9811031.97850-13085.4233085.4293085.4193085.4203085.4261011-17279.4097279.4017279.4087279.4197279.42221