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什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

作者:大水牛測繪

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什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

RTK 的基本概念

RTK 有兩個重要概念:固定站(也就參考站)和移動站。固定站顧名思義就是固定在地面上為移動站提供參考基準的基站,在使用過程中不可移動,固定基站、雲基站和移動基站都是固定站;移動站是進行作業的裝置,它使用固定站發送來的差分資料進行 RTK 精準定位,無人機和測繪器都是移動站。國内習慣把GNSS接收機叫成RTK這倒是真的,因為RTK技術的普及,讓大家對接收機的作用就“限定”在了RTK,在之前沒有RTK時,接收機就是接收機。

RTK測量技術原理

RTK(Real Time Kinematic)實時動态測量技術,是以載波相位觀測為根據的實時差分GPS(RTDGPS)技術,它是測量技術發展裡程中的一個突破,它由基準站接收機、資料鍊、 流動站接收機三部分組成。 

什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

在基準站上安置1台接收機為參考站, 對衛星進行連續觀測,并将其觀測資料和測站資訊,通過無線電傳輸裝置,實時地發送給流動站,流動站GPS接收機在接收GPS衛星信号的同時,通過無線接收裝置,接收基準站傳輸的資料,然後根據相對定位的原理,實時解算出流動站的三維坐标及其精度(即基準站和流動站坐标差△X、△Y、△H,加上基準坐标得到的每個點的WGS-84坐标,通過坐标轉換參數得出流動站每個點的平面坐标X、Y和海拔高H)。分電台模式和網絡通訊模式。

RTK的測量精度包括兩個部分,其一是GPS的測量誤差,其二是坐标轉換帶來的誤差。

對于南方RTK裝置來說,這兩項誤差都能夠反映,GPS的測量誤差在實時測量時可以從手簿上的工程之星中看得到(HRMS 和 VRMS)。對于坐标轉換誤差來說,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,必須通過控制點坐标庫進行校正才能得到)。

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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标稱精度範圍之内,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。

當平面已知點隻有兩個時,則隻能滿足計算坐标轉換四參數的必要條件,無多餘條件,也就不能給出坐标轉換的精度評定,此時,可以從檢視四參數中的尺度比ρ來檢驗坐标轉換的精度,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,最好有三個以上平面坐标已知點進行校正,而且點精度要均等,并要均勻分布于測區周圍,要利用坐标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。

什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

GPS導航和RTK的基本原理

GPS即全球定位系統(Global Positioning System)是美國從本世紀70年**始研制,曆時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成的衛星導航定位系統。作為新一代的衛星導航定位系統經過二十多年的發展,已成為在航空、航天、軍事、交通運輸、資源勘探、通信氣象等所有的領域中一種被廣泛采用的系統。大陸測繪部門使用GPS也近十年了,它最初主要用于高精度大地測量和控制測量,建立各種類型和等級的測量控制網,現在它除了繼續在這些領域發揮着重要作用外還在測量領域的其它方面得到充分的應用,如用于各種類型的工程測量、變形觀測、航空攝影測量、海洋測量和地理資訊系統中地理資料的采集等。

GPS以測量精度高;操作簡便,儀器體積小,便于攜帶;全天候操作;觀測點之間無須通視;測量結果統一在WGS84坐标下,資訊自動接收、存儲,減少繁瑣的中間處理環節、高效益等顯著特點,赢得廣大測繪工作者的信賴。GPS是靠天吃飯,看不見摸不着,總結起來有三個知識點非常重要:RTK 共用衛星原理;環境對 RTK 的影響;衛星像天上的星星一樣,時刻在飛,不同時間看到的衛星不一樣。

什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

上圖解釋了 GPS 共用衛星的工作原理,虛線代表着基站或無人機能夠正常使用的衛星,中間的三顆衛星是重合的,代表着二者可以共同使用的。根據這個原理,無論是基站還是移動站的衛星被遮擋,無人機的能夠進行 RTK 定位的衛星就會變少。

是以在防風林、山區等條件惡劣的地區,基站不能架設在有遮擋物的位置,否則将導緻 RTK 的不穩定;在山區盡可能架在高處,盡可能開闊。有遮擋的環境要注意共用衛星的問題,飛機和基站盡可能看到同一片盡可能大的天空。

GPS 誤差的環境因素有很多,最主要影響有電離層、天氣和幹擾等,這三種從本質上講都是影響了 GPS 的信号(電磁波)。基站和移動站兩端的電磁環境越相似, RTK 越穩定。

什麼是RTK?GPS導航和RTK的基本原理有什麼不同?

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(見上節中的GPS誤差源),為了消除這些誤差源,必須使用兩台以上的GPS接收機同步工作。GPS靜态測量的方法是各個接收機獨立觀測,然後用後處理軟體進行差分解算。那麼對于RTK測量來說,仍然是差分解算,隻不過是實時的差分計算。

也就是說,兩台接收機(一台基準站,一台流動站)都在觀測衛星資料,同時,基準站通過其發射電台把所接收的載波相位信号(或載波相位差分改正信号)發射出去;那麼,流動站在接收衛星信号的同時也通過其接收電台接收基準站的電台信号;在這兩信号的基礎上,流動站上的固化軟體就可以實作差分計算,進而精确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、信号源等的影響會有誤差,即為儀器标定誤差,一般為平面1cm+1ppm,高程2cm+1ppm。

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