浅谈GPS-RTK技术在实际应用中的优点和限制

2022-09-10

1 RTK测量成果的质量控制

工程测量及勘察应用中质量控制的方法主要有以下几个方面。

(1) 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。 (2) 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。 (3) 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。

2 RTK技术优点

2.1 作业效率高

在一般的地形地势下, 高质量的R T K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。

2.2 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。

2.3 降低了作业条件要求

R T K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。

2.4 R T K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。

3 RTK的不足及其解决办法

3.1 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。

3.2 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。根据我们对多条公路勘测的实践, 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。

3.3 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R T K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。

3.4 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、初始化丢失, 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, 当然在不能满足RTK测量的基本条件下, 应采用其他测量手段。

3.5 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。

3.6 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。

4 RTK的优化布测方法

4.1 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。

4.2 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, 满足相关行业规范, 选择具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GPS接收机。

5 结语

综上所述, RTK在实际测量过程中有很多优秀的方面, 很大程度上满足了我们对降低作业强度, 提高工作效率, 缩短设计周期的要求, 如勘测设计“内外业一体化”的要求、DTM三维数据的快速采集、GIS前端数据大量采集诸多方面, 同时也克服了传统测量方法的一些不足, 全天候作业、实时监测、测区通视条件差要求等。

但是任何技术都有其应用条件, 目前我们使用的GPS是由美国研制的导航、授时和定位系统。其初始化条件还受到一定的限制, 复杂的接收传输跟踪系统和解算方法, 最终表现为屏蔽遮挡物 (如建筑物、树木等) 及多路径效应的影响, 而在一些困难条件下不能很好的使用这种技术, 尤其在高程测量方面, 受WGS84系统与北京坐标或1980西安坐标系、1985国家高程基准或其它高程系高程的转换参数的影响, 有研究表明, 我们获取的实时动态GPS拟合高程, 其精度主要取决于GPS大地高的精度、重合点正常高的精度、重合点的分布情况和高程拟合模型的选择。因此在具体的勘测环境选择满足合理的技术手段也是关键。

摘要：RTK技术已经被广泛地运用于工程测量及勘察等领域, 并已发展成为一个真正的三维测量工具, 然而困难地区获得初始化问题、高程精度问题仍然是RTK领域还待研究解决的问题, 使其实际应用中仍然具有一定的限制性。本文讨论RTK技术的优点和制约因素, 包括RTK技术的测量速度、RTK测量成果的质量控制、RTK技术优点、RTK的不足及其解决办法。

关键词：RTK技术优点,RTK的不足及其解决办法