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關(guān)于RTK的工作原理和精度分析

    經(jīng)常有一些客戶會打給我詢問一些有關(guān)RTK的精度問題,根據(jù)我的總結(jié),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(biāo)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(shí)時(shí)動態(tài)測量，其工作原理可分為兩部分闡述。
    一、實(shí)時(shí)載波相位差分
    我們知道，在利用GPS進(jìn)行定位時(shí)，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(jī)同步工作.GPS靜態(tài)測量的方法是各個(gè)接收機(jī)獨(dú)立觀測，然后用后處理軟件進(jìn)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(shí)時(shí)的差分計(jì)算。
    也就是說，兩臺接收機(jī)（一臺基準(zhǔn)站，一臺流動站）都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時(shí)，基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號發(fā)射出去；那么，流動站在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)也通過其接收電臺接收基準(zhǔn)站的電臺信號；在這兩信號的基礎(chǔ)上，流動站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算，從而地定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)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(biāo)定誤差,一般為平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm.  
    二、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
    空間相對位置關(guān)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(guān)系納入我們需要的坐標(biāo)系中。GPS直接反映的是WGS-84坐標(biāo),而我們平時(shí)用的則是北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系,所以要通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把GPS的觀測成果變成我們需要的坐標(biāo)。這個(gè)工作有多種模型可以實(shí)現(xiàn)，我們的軟件采用的是平面與高程分開轉(zhuǎn)換，平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用先將GPS測得成果投影成平面坐標(biāo)，再用已知控制點(diǎn)計(jì)算二維相似變換的四參數(shù)，高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算出該測區(qū)的待測點(diǎn)的高程異常，從而求出他們的高程。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會帶來誤差，該項(xiàng)誤差主要取決于已知點(diǎn)的精度和已知點(diǎn)的分布情況。
    從上可以看出，RTK的測量精度包括兩個(gè)部分，其一是GPS的測量誤差，其二是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差。
    對于RTK設(shè)備來說，這兩項(xiàng)誤差一般都能夠反映，GPS的測量誤差在實(shí)時(shí)測量時(shí)可以從手簿上的采集軟件中看得到（HRMS 和 VRMS）.對于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差來說，又可能有兩個(gè)誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點(diǎn)誤差的傳遞。當(dāng)用三個(gè)以上的平面已知點(diǎn)進(jìn)行校正時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)換四參數(shù)的同時(shí)會給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的中誤差（北方向分量和東方向分量,必須通過控制點(diǎn)坐標(biāo)庫進(jìn)行校正才能得到)。值得注意的是，如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)中誤差比較大（比如，大于5cm）,而在采集點(diǎn)時(shí)實(shí)時(shí)顯示的測量誤差在標(biāo)稱精度范圍之內(nèi)，則可以判定是已知點(diǎn)的問題(有可能找錯(cuò)點(diǎn)或輸錯(cuò)點(diǎn))，有可能已知點(diǎn)的精度不夠，也有可能已知點(diǎn)的分布不均勻。當(dāng)平面已知點(diǎn)只有兩個(gè)時(shí)，則只能滿足計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要條件，無多余條件，也就不能給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評定,此時(shí)，可以從查看四參數(shù)中的尺度比ρ來檢驗(yàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，該值理想值為1，如果發(fā)現(xiàn)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(diǎn)有問題。
    
    總結(jié)得到：
    為了保證RTK的高精度,有三個(gè)以上平面坐標(biāo)已知點(diǎn)進(jìn)行校正，而且點(diǎn)精度要均等，并要均勻分布于測區(qū)周圍,要利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差對轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度進(jìn)行評定.如果利用兩點(diǎn)校正,一定要注意尺度比是否接近于1.