GPSRTK技术在公路规划定线跨河水准测量中的应用

GPS R T K技术在公路规划定线跨河
水准测量中的应用
GPS RTK T echnology Application in River2crossing
Leveling for Location of Highw ay Line
蔡建辉① 凌　起②
Cai Jian2hui Ling Qi
(①宁德市高速公路建设指挥部　福建　352100)
(②福建师范大学地理科学学院　福州　350007)
(①Ex pressw ay Const ruction Headquarters of N i ngde City,Fujian352100) (②College of Geographical Science,Fujian N orm al U niversity,Fuz hou350007)
摘　要　在交通线路的规划测设中,应用先进的全球定位系统载波相位差分技术(GPS R T K),有着明显的优点。

笔者在参与福宁高速公路规划定线跨河水准测量中获得了实际的经验。

据此本文对GPS R T K技术的基本原理和使用方法做出阐述,对影响R T K高程实时解算精度的主要因素做出分析,并从实证上对提高该技术方法的应用效果提出若干有益的建议。

关键词　GPS R T K技术　公路定线　水准测量　应用研究
1　问题的提出
GPS测量工作的模式已有多种,如静态、快速静态、准动态与动态相对定位等,但是,利用这些测量模式,如果不与数据传输系统相结合,其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。

由于观测数据需在测后处理,所以上述各种测量模式不仅无法实时地给出观测站的定位结果,而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量进行实时的检核,因而难以避免在数据后处理中发现不合格的测量成果并需要进行返工重测的情况。

以往解决这一问题的措施主要是延长观测时间,以获得大量多余观测量,来保障测量结果的可靠性,但是,这样便显著地降低了GPS测量工作的效率。

运用载波相位差分技术(Real Time K inemat2 ic Technique又称R T K技术),可解决各种传统方法在跨河高程测量中存在的问题并保证其测量精度。

1998年以来,在笔者参与的同江—三亚国道主干线福建闽东段福宁高速公路定线跨河水准测量中,这一技术的应用获得了明显的效果。

本文作为探索应用的成果,俾供参考。

2　R T K技术的基本原理和使用方法
R T K技术是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法,是GPS测量技术发展中的一个新突破。

载波相位差分方法分为两类,一类是修正法,另一类是差分法。

所谓修正法,即将基准站的载波相位修正值发送给用户,改正用户接收到的载波相位,再解求坐标,属准R T K。

差分法为真正R T K,其计算公式为:
R o j+λ(N po j-N o j)+λ(N p j-N j)+ψp j-ψo j
=[(X j-X P)2+(Y j-Y P)2+(Z j-Z P)2)]1Π2+Δd p 式中N
po
j表示用户接收机起始相位模糊度,j 为卫星数;
N o j表示基准点接收机起始相位模糊度;
N P j表示用户接收机起始历元至观测历元相位整周数;
N j表示基准点接收机起始历元至观测历元相位整周数;
ψ
o
j表示用户接收机测量相位的小数部分;
　第18卷　第3期福　建　地　理Vol.18,No.3　2003年9月FUJ IAN GEO GRAPHY Sep1,2003
ψ
p
j表示基准点接收机测量相位的小数部分;
△d
p表示同一观测历元各项残差;
X j、Y j、Z j测出的各卫星的地心坐标,X p、Y p、Z p为经过改正后的坐标;
λ为波长。

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,用所有可见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。

在用户站上,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,实时地计算并显示用户站的3维坐标及其精度[1]。

这样,通过实时计算的定位结果,便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况,从而可实时地判定解算结果是否成功,以减少冗余观测,缩短观测时间。

3　影响R T K高程实时解算精度的主要因素及解决办法
(l)电离层延迟、对流层延迟的影响。

对电离层延迟、对流层延迟,界内专家们提出了很多的改正模型。

实际上,经过模型改正的电离层延迟影响不到2mm,对流层的影响则比电离层的影响大些,经过模型改正的对流层影响大约为几个mm 到几个cm[2]。

鉴于它的影响随着卫星高度角的减少而增大,建议观测时把高度角小于20°的卫星删去。

(2)卫星钟误差、接收机误差的影响。

卫星钟误差在GPS求差过程中,已经被削除;接收机误差在求差中被大大削弱,对于同一厂家生产的接收机,它的影响很小,可忽略不计。

(3)多路径效应的影响。

多路径效应严重影响GPS的测量精度,严重时还将引起信号的失真。

它的影响既不能采用求差法来解决,也无法建立改正模型,削弱它的惟一办法是选较好的天线,合理选择测站,远离反射物和干扰源。

(4)相位整周模糊度的解算。

相位整周模糊度解算的正确与否直接影响R T K的实时解算精度,且呈系统特性。

解决它的办法是在观测时多次初始化,通过采集的数据进行比较鉴别,从而判断初始化是否可靠。

(5)仪器高量取误差。

量仪高时,从天线互成120°的三个角度上进行重复量取,它们的互差不能超过2mm,最后取其平均值作为该测站的仪器高。

(6)接收机本身的精度指标。

该类型的接收机的L R K模式的高程精度95%可达±10mm+ lppm。

为了减小它的影响,选点时应控制好各点间的距离,短边距离最好大于500m。

(7)卫星质量、卫星图形的影响。

由于这些影响大多不能由操作者控制,它们对R T K的实时解算精度影响较大,所以观测时最好能进行卫星预报,选择最佳时段进行观测。

(8)高程异常。

在测区内,当各测站高差小于10m时,它们的高程异常差只有几个mm,可忽略不计。

4　结论与建议
(1)选择较好的卫星时段,通过不同的布网形式,采取—定的措施,在地形较简单的地区,根据闽东福宁高速公路八尺门特大桥、流美特大桥和泉州市后渚大桥[3]案例R T K高程相对高差跨河水准的观测结果,平差后的改正数计算单位权中误差Mv=±1.83mm。

R T K相对高差是可以达到3等跨河水准精度要求的。

(2)布网时,根据观测等级及跨河宽度的不同,可采用4边网或3边网。

(3)采用R T K技术做跨河水准测量,应在河的两岸进行相对等级的水准观测,作为跨河水准检核依据。

(4)在实际测量中,对影响R T K的实时解算精度的部分因素不够清晰,应制定实施原则并在实施中继续完善。

(5)R T K高程相对高差代替跨河水准的有效距离应有最小、最大限制。

参考文献
[1]　刘基余,李征航,王跃虎,等.全球定位系统及其应
用[M].北京:测绘出版社,1997
[2]　余绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用
[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998
[3]　王炳南,廖晓和,方元洪.GPS RT K技术在工程测量
中的应用[A].见:测绘学会论文集.2001.45～50
2福　建　地　理第18卷。