GPS动态测量与常规测量的精度分析对比研究

2022-09-10

1 GPS RTK的应用原理

GPS RTK测量技术, 也称载波相位差分技术, 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术, 它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是, 在基准站上安置一台GPS接收机, 对所有可见GPS卫星进行连续地观测, 并将其观测数据, 通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

实时动态定位测量系统主要由以下三部分构成。

(1) 卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中。应至少包含两台GPS接收机, 分别安置在基准站和流动站上。当基准站同时为多用户服务时, 应采用双频GPS接收机, 其采样率与流动站采样率最高的相一致。 (2) 数据传输系统 (数据链) 。由基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置组成, 它是实现实时动态测量的关键性设备。其稳定性依赖于高频数据传输设备的可靠性与抗干扰性。为了保证足够的数据传输距离及信号强度, 一般在基准站还需要附加功率放大设备。 (3) 软件解算系统。实时动态定位测量的软件解算系统对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性, 具有决定性的作用。

2 GPS RTK的应用

实时动态差分定位 (RTK) 最基本的组成包括三部分: (1) 基准站接收机。 (2) 流动站接收机及支持动态差分的软件系统。 (3) 数据链, 建立无线数据通信是实施动态测量的特征。其原理是取点位精度较高首级控制点作为基准点, 将基准站接收机设置在高处开阔通信条件良好的基准站上, 连续接受所有可视GPS卫星信号, 并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去。流动站接收机在跟踪GPS信号同时通过无线电台接受来自基准站的数据, 随机计算机通过OTF算法求解载波相位整周模糊度, 再通过相对定位模型获取所在点相对基准站的三维坐标和精度指标。

3 GPS RTK与常规测量的比较分析

(1) 为了某项工程测量工作需要, 在北京市某区布设一级导线, 对导线网分别采用常规测量和GPS RTK方法进行施测, 采用全站仪施测共9个点坐标。

平差结果:

平面网平差精度如下:最大点位误差=±0.0366m, 最大点间误差=±0.0246m。

高程网平差精度如下:最大点位误差=±0.0366m, 最大点间误差=±0.0261m。

(2) 采用GPS RTK来代替常规测量一级导线测量。将基准站设在测区中部的高处符合基准站设立条件的地方。联测4个已知高等级控制点作为首级控制, 解算出当地坐标系转换参数。为了提高测量精度, 观测时间大于l0s, 采用不同时间段观测两次, 其中水平残差值最大=±0.028m、垂直残差值最大==±0.061m, 对两次观测结果取其平均值。

误差对比计算可以得出, 最大点位较差=±0.038m, 最小点位较差=±0.001m, 较差中误差=±0.020m;高程最大较差=±0.022m, 最小较差=±0.008m, 较差中误差=±0.016m。

校差分析结果可以得出, 边长最大差值=7mm, 方位角最大差值=-12", 边长差值中误差=±5.lmm, 方位角差值中误差=±5.8", 边长最大差值相对中误差=0.007/799.42=1/110000, 满足一级导线规范要求。

(3) 在工程测量方面:对各种工程点的施工放样测量, 只要设置好基准站, 对单点定位一般只需3s~8s, 而且不需控制点间通视, 通过使用全站仪 (常规方法) 检测可以达到厘米级。对区内部分工程点检测比较得出0.03m≤M差≤0.09m, 完全满足《工程测量规范》的要求。

4 结语

(1) 通过以上所述可以得出GPS RTK技术能够满足工程测量中一、二级导线和三角工程测量的需要, 由于GPS RTK技术不同于常规控制测量, 所以不能完全用常规控制测量的技术标准来衡量, 尤其是边长较短相邻点表现比较明显。GPS RTK技术测量误差均匀、独立, 不存在误差积累问题, 精度可靠程度较高。 (2) GPS RTK能够实时提供测量结果, 不需要分级布网, 可以大大减少成本, 减轻工作人员的劳动强度, 提高工作速度和经济效益。 (3) 误差与流动站至基准站的距离成正比, 因此求解转换参数的已知点应分布均匀, 最好覆盖整个测区。

摘要：本文基于笔者多年从事测量的相关工作经验, 以笔者参与的某个项目为工程北京, 探讨了GPS动态测量与常规测量的误差差异, 总结了其中的原因, 并根据笔者经验给出了一定的建议, 相信能对同行有所裨益。

关键词：GPS,RTK,常规控制测量,误差,分析