Понимание принципов и точности RTK: что следует знать геодезистам

Один из самых распространенных вопросов пользователей RTK прост:

"Почему мой RTK не всегда достигает точности, указанной в спецификациях?"

Многие пользователи сосредотачиваются на опубликованных показателях точности, но уделяют меньше внимания тому, как на самом деле работает RTK.Понимание принципов позиционирования РТК так же важно, как знание цифр на спецификации.

Часто возникает недоразумение, потому что точность RTK не определяется только спутниковыми измерениями.

Чтобы понять, откуда берутся ошибки, полезно разделить процесс RTK на два основных этапа.

1Дифференциальное позиционирование фазы носителя в реальном времени

На позиционирование спутников влияет множество источников ошибок, в том числе:

• Задержки в атмосфере
• Ошибки орбиты спутника
• Ошибки спутниковых часов
• Эффекты множественного пути
• Шум приемника

Для уменьшения или устранения этих ошибок RTK использует по крайней мере два приемника GNSS, работающих одновременно.

В отличие от обычной статической географии GPS, где наблюдения обрабатываются позже в офисном программном обеспечении, RTK выполняет дифференциальные вычисления в режиме реального времени.

Устройство обычно состоит из:

Базовая станция

Базовый приемник расположен в известной или установленной точке. Он постоянно наблюдает спутниковые сигналы и передает коррекционную информацию.

Приемник ровера

Марсоход получает:

• Спутниковые наблюдения GNSS
• Коррекционные данные из базовой станции

Используя оба потока данных, ровер рассчитывает свое положение относительно базовой станции в режиме реального времени.

Этот процесс позволяет RTK-системам определять очень точные пространственные отношения между двумя приемниками.

При нормальных условиях точность измерений, связанная с приборами, обычно выражается следующим образом:

Горизонтальная: 1 см + 1 ppm
Вертикальная: 2 см + 1 ppm

Однако эти значения описывают только характеристики позиционирования при идеальных условиях наблюдения.

Полевая среда все еще может влиять на конечный результат.

Деревья, здания, радиопорушения, геометрия спутников и плохие условия наблюдения могут вызывать дополнительную неопределенность.

2. Координатное преобразование

Расчет относительной позиции - это только часть процесса.

Геодезисты редко работают непосредственно в системе спутниковых координат.

Наблюдения GNSS естественным образом генерируются в глобальной системе отсчета, такой как WGS-84, в то время как инженерные проекты часто требуют координат в местных или национальных системах.

Примеры могут включать:

• Пекин 54
• Сиан 80
• Системы государственной плоскости
• Местные инженерные координаты

Из-за этого необходимо преобразование координат.

Большинство программ для геодезирования обрабатывают горизонтальные и вертикальные преобразования отдельно.

Горизонтальная трансформация

Координаты GPS сначала проецируются в координаты самолета.

Известные контрольные точки затем используются для расчета параметров трансформации, обычно используя двухмерную модель трансформации сходства.

Трансформация высоты

Методы могут включать:

• Установка самолёта
• Установка поверхности
• Квадратные модели
• Местные подходы к приспособлению геоида

Используя известные показатели высоты, программное обеспечение оценивает аномалии высоты и получает окончательные значения высоты.

Координационные преобразования также могут вызывать ошибки

Многие пользователи предполагают, что ошибки RTK происходят только из спутниковых наблюдений.

В действительности, качество преобразования часто оказывает большое влияние.

Ошибки преобразования в основном обусловлены:

• Точность контрольных точек
• Распределение контрольных пунктов
• Координационные ошибки ввода
• Эффекты проекции

Даже совершенные спутниковые наблюдения не могут компенсировать плохие данные контроля.

Оценка точности РТК в практической работе

Современные контроллеры RTK обычно отображают показатели качества в режиме реального времени.

Пользователи обычно контролируют:

• HRMS (Horizontal Root Mean Square)
• VRMS (Vertical Root Mean Square)

Эти значения представляют качество измерений GNSS во время наблюдения.

Однако они не обязательно раскрывают вопросы координатной трансформации.

Часто требуются дополнительные проверки.

Использование трех или более контрольных точек

При использовании трех или более известных точек управления программное обеспечение может вычислять параметры трансформации и оценивать остаточные ошибки.

Типичные результаты включают:

• Остатки нортинга
• Остатки изготавливаемые на востоке
• Стандартные отклонения преобразования

Эти статистические данные помогают оценить надежность модели трансформации.

Если остаток преобразования превышает ожидаемые значения, например, более 5 см, в то время как показатели RTK остаются нормальными, проблема может не быть связана с спутниковым позиционированием.

Возможные причины:

• Неправильный выбор точки
• Ошибки в вводе координат
• Неравномерное распределение точек управления
• Плохое качество контрольных точек

Эти проблемы возникают чаще, чем ожидают многие пользователи.

Что происходит с двумя контрольными пунктами?

Два пункта обеспечивают только минимальные математические требования для расчета параметров преобразования.

Проблема в том, что избыточности нет.

Без избыточности программное обеспечение не может статистически оценить качество преобразований.

В этих ситуациях пользователи часто проверяют параметр коэффициента масштаба, обычно представленный как ρ (rho).

В идеале:

ρ ≈ 1

Если коэффициент масштаба заметно отклоняется от единицы, например:

∙ρ−1 ∙ ≥ 1/40000

преобразование может больше не соответствовать требованиям технической точности.

Если измерения GNSS кажутся стабильными, в то время как коэффициент масштаба выглядит ненормальным, то точки контроля должны быть тщательно проверены.

Практические рекомендации

• По возможности используйте по крайней мере три известных контрольных пункта.
• Сохранить одинаковое качество среди всех контрольных пунктов
• Равномерно распределить точки по территории обследования
• Проверка остатков преобразования после калибровки
• При использовании двухточечной калибровки проверяется, что коэффициент шкалы остается близким к 1

RTK может обеспечивать позиционирование на уровне сантиметров, но достижение такой точности постоянно зависит не только от самого приемника.

Во многих проектах контроль качества и координация выполняют не менее важную роль, чем спутниковые наблюдения.

Понимание этих деталей поможет избежать многих проблем, с которыми ежедневно сталкиваются исследовательские группы.