大洋山、小洋山地区RTK定位精度分析

时间：2024-04-24

姚炜

【摘要】随着GPS技术的飞速进步和应用普及，CORS （Continuously Operating Reference System）作为其重要的基础设施，在城市测量中的作用已越来越重要。论文结合在大洋山、小洋山地区实际观测数据，探讨在边缘地区利用CORS进行网络RTK测量的精度问题。

【Abstract】With the rapid development of GPS technology and the popularization of application， as the important infrastructure of GPS technology， the CORS （Continuously Operating Reference System） has become more and more important in urban measurement. Based on the actual observation data of Dayangshan and Xiaoyangshan areas， this paper discusses the accuracy of using CORS in the marginal area to measure the network RTK.

【关键词】CORS；精度；大洋山；小洋山

【Keywords】 CORS； accuracy； Dayangshan； Xiaoyangshan

【中图分类号】U495 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0163-03

1 引言

当下，利用CORS进行网络RTK（Real - time kinematic，实时动态差分法）测量的技术在测绘工程等各个领域得到了广泛的应用，其优势在于其测量技术精度高、效率高、并且相邻点之间不需要考虑通视问题、仪器操作方便、气候环

境因素影响较小等优点。上海市连续运行参考站系统

（简称SHCORS）就是基于该理念下诞生的，它高度集成了卫星、计算机和数字通讯等多方面的技术，并且它的优点在于全天候实时提供整个上海市范围的高精度三维坐标和时间信息。

在上海市区地带，一般情况下RTK测量的平面坐标各测回之间变化大部分都在1cm以内，平面精度很稳定，即使高程的测回互差起伏较大，但也能基本上满足要求。由于大洋山、小洋山属于上海CORS的外围边缘地区，其坐标精度是否还能满足工程控制测量要求还需进一步实地检验。本文将通过实测数据对此情况进行观点阐述。

2 RTK定位技术

2.1 小洋山、大洋山地区概况

大洋山为浙江省崎岖列岛的主岛，是嵊泗县洋山镇政府驻地，与小洋山隔海相望，位于东海之滨。东北距县城菜园镇39.6公里，西北距上海市芦潮港35公里。岛屿呈螺旋桨状，东西走向，长4公里，南端宽1.3公里北部宽200～300米，陆域面积4.19平方公里，海岸线长16.7公里，岛屿四周为山，中间谷地较开阔，最高点大山海拔204米。

小洋山为崎岖列岛第二大岛，曾是小洋乡政府所在地。北距上海芦潮港30公里，东距嵊泗县城菜园镇39.2公里。岛呈“士”字形，南北走向，两头宽大高耸，中部狭小低平。长约2.5公里，宽700米，陆域面积1.76平方公里，其中丘陵面积1.71平方公里。岛上群峰起伏，山势陡峭，平地甚少，多裸岩，最高点为南部大观音山，海拔141.7米。海岸线长14.21公里。其属于上海深水港，由东海大桥连接。大洋山、小洋山处于上海 CORS的东南角方位，具体位置详见图1。

2.2 连续运行参考站系统CORS与虚拟参考站VRS技术

在当前的测绘领域，连续运行参考站系统CORS被大量引入其中，已经发展成不可或缺的一门技术。从CORS系统最初被引入进测绘行业开始，它就给传统的测绘方式带来了深远的影响，也为现代测绘地理服务奠定了基础。

连续运行参考站系统可以建设一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络，实时的向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距）、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统[1]。

虚拟参考站VRS技术就是在一定区域内架设一定数量的基准站，精确测定这些基准站的位置及变化率，基准站连续接收卫星信号，将信息传送至信息处理中心，数据处理中心同时接收流动站发送的接收机概略位置信息，数据处理中心会根据移动站的位置，选择与之较近或定位精度较好的基准站信息，“虚拟”出一个参考站，然后根据各基准站上误差信息通过一定的数学模型内插出该虚拟站的误差，将虚拟出的流动站改正数据播发给流动站，这样虚拟参考站的位置通常是在移动站真实位置的周围5米范围内，保证了虚拟参考站与流动站误差的相关性[2]。

2.3 网络RTK定位中的误差源

网络RTK定位误差主要是由基准站GPS观测误差、流动站观测误差和差分误差信息的数学内插模型等引起的。其中前两项误差与GPS定位中出现的误差基本等同，以系统误差的危害性为重，并大多有规律可循[3]。

基准站GPS观测误差包括：基准站点坐标误差；卫星星历误差；卫星钟差；电离层延迟误差；对流层延迟误差；多路径误差；基准站接收机误差。

流动站GPS观测误差包括：与基准站同性质误差；接收机测量噪声影响；地形条件的影响；人为观测误差。

在实际工作中，RTK观测环境对固定解的获得影响尤其严重，主要是集中在接收机测量噪声、多路径误差、对流层延迟误差等方面。但是有时也发现即使是在空旷的地区，并且也处于白天中午，但是RTK数据仍无法快速得到固定解，甚至是无法固定。这种情况一般就属于受当时大气电离层的干扰较大。考虑到这一情况，所以在大洋山、小洋山地区的数据采集中，通过对数据采集地点的筛选，尽量排除受电离层影响的可能性，让RTK数据质量受基站影响的比例最大化。

3 数据分析及结论

3.1 系统内符合精度统计

在观测数据统计中，经常使用系统内符合精度来衡量实际观测值误差的收敛程度和它的稳定性。同时在一般工程项目中，它也会作为实测点位精度的主要参考标准来进行统计。

统计操作方式是：

首先求出所有观测点坐标的平均值，即空间坐标（xi ， yi ， zi）各个分量上的算术平均值；

其次遍历所有观测点坐标，将其与之前得到的平均值相减；最后统计出差值的概率分布。

具体计算公式如下：

其中，n为每一测点测量值总数；v为测点测试值（xi，yi，zi）分别与相应测试算术平均值在X、Y、H方向的差值；M为系统分别在X、Y、H方向的内符合精度算术平均值中误差，反映系统实时定位的稳定性和系统的收敛性。

根据公式（1）计算观测数据分别在X、Y、H方向上最大值、最小值和平均值，并统计各区间的分布数量。最终统计结果如表1所示。

3.2 结论

从表1中数据的统计情况可知，大洋山、小洋山地区RTK的平面坐标内符合精度约0～4cm，最大值不超过6cm。而该地区的高程内符合精度明显比平面坐标精度更低，而且由于受区域性似大地水准面的精度、坐标系统不一致性的影响，高程精度一直被認为不可靠。因此，在本次数据比较中仅列出高程数据的内符合精度以供参考。

综上说述，在大洋山、小洋山地区使用上海CORS进行网络RTK测量是很困难的，尤其是控制测量。而对精度要求不高的工程测量而言，虽然也可以进行RTK测量，但由于系统观测值误差收敛以及稳定性不好，因此需要对数据成果进行严密地校验后方可使用。