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GPS-RTK三种校正方法的实验与精度分析
PAGE
电源
电源
GPS
接收机
无线电发射系统
控制器
GPS
接收机
电源
显示控制器
无线电
接收系统
基准站移动站
图1RTK系统结构图
1、GPS-RTK点校正理论
GPS点校正主要目的是建立GPS接收机采集的WGS84数据与地方控制网之间关系，不同坐标系之间的坐标转换通常有两类转换模式：一类是二维转换模式；一类是三维转换模式。二维转换模式只适合于小区域转换且只需要两个坐标系的二维坐标成果；三维转换模式适合任何区域坐标转换。二维转换模式通常采用平面四参数模型、三维转换模式通常采用布尔莎（Bursa）七参数转换模型。
1.1、单点校正
单点校正并不依据上述转换模型，而是通过观测，求出校正点的WGS84坐标，再根据校正点的已知坐标求出3个平移参数（△X，△Y，△H），不考虑旋转参数及比例因子。数学模型如下：
收稿日期：2012—12—15
作者简介：吴松涛（1983年），男，汉族，黑龙江，本钢设计研究院有限责任公司，助理工程师，
本科。
1.2、二点校正
二点校正采用平面四参数转换模型，求出4个参数（2个平移参数△X△Y、1个旋转参数α、1个尺度参数m），然而高程的转换参数依然只是求出两个校正点已知高程与WGS84坐标系高程之差并求得平均值△H。数学模型如下：
（公式引自参考文献【2】）
1.3、参数校正
参数校正的基础是建立测区GPS控制网，通过静态GPS观测数据，通过后处理软件计算出七参数（3个平移参数，3个旋转参数及一个尺度参数m），目前常用的为布尔莎七参数模型。
（公式引自参考文献【2】）
2、实验资料分析
本次实验在南芬地区进行的，图2为采集实验数据的试验网，网中的A、B、C、D四点为四等控制点，为本次实验数据起算点；1、2、
3、4、5点为未知点，以上各点均有同网D级GPS成果。
图2
将基准站安置在3号点附近，卫星环视条件较好，无干扰源，观测条件良好。
2.1、单点校正
在B控制点单点校正，测出1、2、3、4、5各点的坐标与高程，并与已知D级GPS成果比较，比较结果如表1：
表1
点号
1
2
3
4
5
平均值
北坐标差（mm）
15
23
26
33
43
28
东坐标差（mm）
12
23
32
38
56
32.2
高程差（mm）
55
70
76
88
110
79.8
由表1可知北坐标的最大差值为43mm、平均值为28mm；东坐标的最大差值56mm、平均值为32.2mm；高程最大差值为110mm、平均值为79.8mm。并且差值随着未知点与校正点的距离成正比；高程精度远远低于平面坐标
2.2、二点校正
使用南方S86T随机软件中的工程之星求转换参数的功能，采用A、C两点求得四参数，使用该参数测得1、2、3、4、5各点的坐标与高程，并与已知D级GPS成果比较，比较结果如表2：
表2
点号
1
2
3
4
5
平均值
北坐标差（mm）
17
15
23
32
36
23.6
东坐标差（mm）
22
25
22
37
42
28
高程差（mm）
52
58
63
82
104
71.8
由表1可知北坐标的最大差值为36mm、平均值为23.6mm；东坐标的最大差值42mm、平均值为28mm；高程最大差值为104mm、平均值为71.8mm。与单点校正结果相比较，各点平面精度略有提高，高程精度变化不大，差值仍随着未知点与校正点的距离成正比；高程精度远远低于平面坐标的精度。两个方向平面坐标的精度相对均匀，北坐标精度高于东坐标精度。
2.3、参数校正
采用A、B、C、D四点组成控制网，先通过南方静态后处理软件解算出该控制网的7参数，使用该参数测得1、2、3、4、5各点的坐标与高程，并与已知D级GPS成果比较，比较结果如表3：
表3
点号
1
2
3
4
5
平均值
北坐标差（mm）
13
11
7
11
22
12.8
东坐标差（mm）
15
8
9
15
19
13.2
高程差（mm）
42
39
36
45
56
43.6
由表3可知北坐标的最大差值为22mm、平均值为12.8mm；东坐标的最大差值19mm、平均值为13.2mm；高程最大差值为56mm、平均值为43.6mm。与单点校正、两点校正比较各点平面精度、高程精度均有较大提高，平面的两个方向精度也较为均匀，在控制范围内点位整体精度也很高（平面精度达到了厘米级，高程精度达到了5cm）因此从总体上看，参数校正方法的坐标和高程精度都要优于单点精度和二点校正。
3、结论
（1）参数校正的坐标和高程精度较高且精度较均匀，多点校正次之，单
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