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無人機RTK 技術的誤差特性及其解決方法

作者:admin 發布日期:2021/1/11 關注次數: 二維碼分享


隨著全球定位系統(GPS)技術的快速發展,測繪行業正面臨著一場意義深遠的變革,而測繪領域也由此步入了一個嶄新的時代,RTK(Real Time Kinematic)技術是GPS 測量技術發展里程中的一個標志.在RTK 以前的定位技術如靜態、快速靜態、準動態、動態等定位方法都是測后進行事后處理來求出結果,野外作業人員不能實時得到結果,這樣就不能進行質量控制,也就有可能在次日或幾天后因質量問題而進行返測,從而使作業人員在野外實測時為了保證精度和質量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測值,造成了人力、物力、財力上的浪費,影響了工期及經濟效益。


1.1 RTK 技術原理
RTK(Real - time kinematic)實時動態差分法。這是一種新的常用的GPS 測量方法,高精度的GPS 測量必須采用載波相位觀測值,RTK 定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。在RTK 作業模式下,基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據,還要采集GPS 觀測數據,并在系統內組成差分觀測值進行實時處理,同時給出厘米級定位結果,歷時不足一秒鐘。

1.2 RTK 技術的優點
(1)RTK 作業自動化、集成化程度高,測繪功能強大。RTK 可勝任各種測繪內、外業。流動站利用內裝式軟件控制系統,無需人工干預便可自動實現多種測繪功能,使輔助測量工作極大減少,減少人為誤差,保證了作業精度。

(2)降低了作業條件要求。RTK 技術不要求兩點間滿足光學通視,只要求滿足“電磁波通視”和對天基本通視,因此,和傳統測量相比,RTK 技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小,在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區,只要滿足RTK 的基本工作條件,它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

(3)定位精度高,數據安全可靠,沒有誤差積累。不同于全站儀等儀器,全站儀在多次搬站后,都存在誤差累積的狀況,搬的越多,累積越大,而RTK 則沒有,只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業半徑范圍內,RTK 的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

(4)作業效率高。在一般的地形地勢下,高質量的RTK設站一次即可測完10km 半徑左右的測區,大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數,僅需一人操作,在一般的電磁波環境下幾秒鐘即得一點坐標,作業速度快,勞動強度低,節省了外業費用,提高了測量效率。

(5)操作簡便、數據處理能力強。南方測繪RTK 的基準站無需任何設置,移動站就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強,能方便快捷地與計算機、其他測量儀器通信。



1.3 RTK 技術的缺點
(1)RTK 測量受接收衛星個數限制,RTK 接收天空衛星個數低于4 個時不能正常工作。

(2)受一些地域限制,城區樓群林立、山區山高林密,跨越溝崗、基準站與流動站距離過大時,流動站接收不到基準站發射的電臺信號,導致流動站只有浮動解,而無固定解。因此在這些地區作業時RKT 的高作業效率得不到體現。

(3)溫度過低時,天線電纜線變硬,給作業帶來不便。

1.4 RTK 的誤差特性及其解決辦法
1.4.1 同儀器和干擾有關的誤差
同儀器和干擾有關的誤差包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素。 


(1)天線相位中心變化。天線的機械中心和電子相位中心一般不重合。而且電子相位中心是變化的,它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化,可使點位坐標的誤差一般達到3-5cm。

因此,若要提高RTK 定位精度,必須進行天線檢驗校正,檢驗方法分為實驗室內的絕對檢驗法和野外檢驗法。

(2)多路徑誤差。多徑誤差是RTK 定位測量中較嚴重的誤差。多徑誤差取決于天線周圍的環境。多徑誤差一般為幾厘米,高反射環境下可超過10cm。

多徑誤差可通過下列措施予以削弱:
A、選擇合適的站址:
①測站應遠離大面積平靜的水面。灌木叢、草和其他地面植被能較好地吸收微波信號的能量,是較為理想的設站地址。翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的反射能力也較差,也可以選站。


②測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中。以避免反射信號從天線抑徑板上方進入天線,產生多路徑效應。


③測站應離開高層建筑物。觀測時,汽車也不要停放得離測站附近。


B、 ①在天線中設置抑徑板。
②接收天線對于極化特性不同的反射信號應該有較強的抑制作用。

(3)信號干擾。信號干擾可能有多種原因,如無線電發射源、雷達裝置、高壓線等,干擾的強度取決于頻率、發射臺功率和至干擾源的距離。

為了削弱電磁波輻射副作用,必須在選點時遠離這些干擾源,離無線電發射臺應超過200 米,離高壓線應超過50米。在基地站削弱天線電噪聲較有效的方法是連續監測所有可見衛星的周跳和信噪比。

(4)氣象因素??焖龠\動中的氣象峰面,可能導致觀測坐標的變化達到1-2dm。因此,在天氣急劇變化時不宜進行RTK 測量。

1.5 同距離有關的誤差
同距離有關的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差,其的主要部分可通過多基準站技術來消除。但是,其殘余部分也隨著至基地站距離的增加而加大。

(1)軌道誤差。目前,軌道誤差只有幾米,其殘余的相對誤差影響約為1ppm,就短基線(<10km)而言,對結果的影響可忽略不計。但是,對20-30km 的基線則可達到幾厘米。

(2)電離層誤差。電離層引起電磁波傳播延遲從而產生誤差,其延遲強度與電離層的電子密度密切相關,電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季節變化、晝夜不同而變化,白天為夜間的5 倍,冬季為夏季的5 倍,太陽黑子活動較強時為較弱時的4 倍。利用下列方法使電離層誤差得到有效的消除和削弱:利用雙頻接收機將L1 和L2 的觀測值進行線性組合來消除電離層的影響;利用兩個以上觀測站同步觀測量求差(短基線);利用電離層模型加以改正。

(3)對流層誤差。對流層的折射與地面氣候、大氣壓力、溫度和濕度變化密切相關,這也使得對流層折射比電離層折射更復雜。對流層折射的影響與信號的高度角有關,當在天頂方向(高度角為90°),其影響達2.3m;當在地面方向(高度角為10°),其影響可達20m。

RTK 模式時移動站和基準站有效作用半徑相距不太遠(一般小于20km),由于信號通過對流層的路徑相似,所以對同一衛星的同步觀測值求差,可以明顯地減弱對流層折射的影響。這一方法在精密測量相對定位中被廣泛應用。

2、 結論

(1)利用RTK 進行線路測量,遵循了“從整體到局部”的測量原則,避免了傳統測量方法中“從局部到局部”的誤差累積和傳播,保證了線路路徑走向的準確無誤。

(2)RTK 與航測方法相結合,可真正實現送電線路測量的一次性終勘定位,并可保證工程質量,大大提高工作效率,減少青苗砍伐和環境破壞,降低工程成本,減少野外勞動強度??梢灶A見,航測方法與RTK 相結合,將是今后送電線路測量的較終方向。

(3)利用RTK 進行選線,也可以大大優化線路路徑走向,有效地避開建筑物和不良地質地段,使線路路徑走向更加經濟合理。

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