การเข้าใจหลักการและความแม่นยําของ RTK: สิ่งที่นักสํารวจควรรู้

หนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดจากผู้ใช้ RTK นั้นง่ายมาก:

"เหตุใด RTK ของฉันจึงไม่แม่นยำตามที่แสดงในข้อมูลจำเพาะเสมอไป"

ผู้ใช้จำนวนมากมุ่งเน้นไปที่ตัวเลขความแม่นยำที่เผยแพร่ แต่ให้ความสำคัญกับวิธีการทำงานของ RTK น้อยลง ในทางปฏิบัติ การทำความเข้าใจหลักการวางตำแหน่ง RTK มีความสำคัญพอๆ กับการทราบตัวเลขในเอกสารข้อมูลจำเพาะ

ความเข้าใจผิดมักเกิดขึ้นเนื่องจากความแม่นยำของ RTK ไม่ได้ถูกกำหนดโดยการวัดด้วยดาวเทียมเพียงอย่างเดียว มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อผลลัพธ์การวางตำแหน่งขั้นสุดท้าย

เพื่อทำความเข้าใจว่าข้อผิดพลาดมาจากไหน การแยกกระบวนการ RTK ออกเป็นสองขั้นตอนหลักจะช่วยได้

1. การวางตำแหน่งส่วนต่างเฟสของผู้ให้บริการแบบเรียลไทม์

การระบุตำแหน่งดาวเทียมได้รับผลกระทบจากแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดหลายประการ ได้แก่:

• ความล่าช้าของบรรยากาศ
• ข้อผิดพลาดของวงโคจรดาวเทียม
• ข้อผิดพลาดของนาฬิกาดาวเทียม
• เอฟเฟกต์หลายเส้นทาง
• ตัวรับสัญญาณเสียงรบกวน

เพื่อลดหรือกำจัดข้อผิดพลาดเหล่านี้ RTK ต้องใช้เครื่องรับ GNSS อย่างน้อยสองตัวที่ทำงานพร้อมกัน

แตกต่างจากการสำรวจด้วย GPS แบบคงที่ทั่วไป ซึ่งการสังเกตจะถูกประมวลผลในภายหลังในซอฟต์แวร์สำนักงาน RTK ดำเนินการคำนวณส่วนต่างแบบเรียลไทม์

โดยทั่วไปการตั้งค่าจะประกอบด้วย:

สถานีฐาน

เครื่องรับฐานจะถูกวางไว้ที่จุดที่ทราบหรือกำหนดไว้ โดยจะสังเกตสัญญาณดาวเทียมและส่งข้อมูลการแก้ไขอย่างต่อเนื่อง

โรเวอร์รีซีฟเวอร์

รถแลนด์โรเวอร์ได้รับ:

• การสังเกตการณ์ด้วยดาวเทียม GNSS
• ข้อมูลการแก้ไขจากสถานีฐาน

รถแลนด์โรเวอร์จะคำนวณตำแหน่งโดยสัมพันธ์กับสถานีฐานโดยใช้กระแสข้อมูลทั้งสองสตรีมแบบเรียลไทม์

กระบวนการนี้ช่วยให้ระบบ RTK สามารถกำหนดความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ที่มีความแม่นยำสูงระหว่างเครื่องรับทั้งสองเครื่องได้

ภายใต้สภาวะปกติ ความแม่นยำในการวัดที่เกี่ยวข้องกับเครื่องมือโดยทั่วไปจะแสดงเป็น:

แนวนอน: 1 ซม. + 1 ppm
แนวตั้ง: 2 ซม. + 1 ppm

อย่างไรก็ตาม ค่าเหล่านี้จะอธิบายประสิทธิภาพการวางตำแหน่งภายใต้เงื่อนไขการสังเกตที่เหมาะสมที่สุดเท่านั้น

สภาพแวดล้อมภาคสนามยังคงส่งผลต่อผลลัพธ์สุดท้ายได้

ต้นไม้ อาคาร การรบกวนของวิทยุ รูปทรงของดาวเทียม และสภาวะการสังเกตการณ์ที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดความไม่แน่นอนเพิ่มเติมได้

2. การเปลี่ยนแปลงการประสานงาน

การคำนวณตำแหน่งสัมพัทธ์เป็นเพียงส่วนหนึ่งของขั้นตอนการทำงานเท่านั้น

นักสำรวจไม่ค่อยทำงานโดยตรงในระบบพิกัดดาวเทียม

การสังเกตการณ์ GNSS เกิดขึ้นตามธรรมชาติในกรอบอ้างอิงระดับโลก เช่น WGS-84 ในขณะที่โครงการทางวิศวกรรมมักต้องการพิกัดในระบบท้องถิ่นหรือระดับชาติ

ตัวอย่างอาจรวมถึง:

• ปักกิ่ง 54
• ซีอาน 80
• ระบบเครื่องบินของรัฐ
• ระบบพิกัดทางวิศวกรรมท้องถิ่น

ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงพิกัดจึงมีความจำเป็น

ซอฟต์แวร์สำรวจส่วนใหญ่จัดการการแปลงแนวนอนและแนวตั้งแยกกัน

การแปลงแนวนอน

พิกัด GPS จะถูกฉายลงในพิกัดเครื่องบินก่อน

จุดควบคุมที่ทราบจะถูกนำมาใช้ในการคำนวณพารามิเตอร์การแปลง โดยทั่วไปจะใช้แบบจำลองการแปลงความคล้ายคลึงกันแบบสองมิติ

การเปลี่ยนแปลงระดับความสูง

วิธีการอาจรวมถึง:

• ฟิตติ้งเครื่องบิน
• การปรับพื้นผิว
• โมเดลกำลังสอง
• แนวทางการปรับ geoid ในพื้นที่

ด้วยการใช้ระดับความสูงมาตรฐานที่ทราบ ซอฟต์แวร์จะประมาณความสูงที่ผิดปกติและรับค่าระดับความสูงสุดท้าย

การแปลงพิกัดอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดได้เช่นกัน

ผู้ใช้หลายคนคิดว่าข้อผิดพลาด RTK มาจากการสำรวจดาวเทียมเท่านั้น

ในความเป็นจริง คุณภาพการเปลี่ยนแปลงมักมีอิทธิพลสำคัญ

ข้อผิดพลาดในการแปลงส่วนใหญ่จะได้รับผลกระทบจาก:

• ความแม่นยำของจุดควบคุม
• การกระจายจุดควบคุม
• ข้อผิดพลาดในการป้อนข้อมูลพิกัด
• ผลการฉายภาพ

แม้แต่การสังเกตการณ์ดาวเทียมที่สมบูรณ์แบบก็ไม่สามารถชดเชยข้อมูลการควบคุมที่ไม่ดีได้

การประเมินความแม่นยำ RTK ในทางปฏิบัติ

ตัวควบคุม RTK สมัยใหม่มักจะแสดงตัวบ่งชี้คุณภาพแบบเรียลไทม์

ผู้ใช้มักตรวจสอบ:

• HRMS (ค่าเฉลี่ยกำลังสองแนวนอน)
• VRMS (ค่าเฉลี่ยกำลังสองของรากแนวตั้ง)

ค่าเหล่านี้แสดงถึงคุณภาพการวัด GNSS ในระหว่างการสังเกต

อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องเปิดเผยปัญหาการเปลี่ยนแปลงของพิกัด

มักต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม

การใช้จุดควบคุมตั้งแต่สามจุดขึ้นไป

เมื่อใช้จุดควบคุมที่ทราบตั้งแต่สามจุดขึ้นไป ซอฟต์แวร์สามารถคำนวณพารามิเตอร์การแปลงและประมาณค่าข้อผิดพลาดที่เหลือได้

ผลลัพธ์ทั่วไป ได้แก่:

• ภาคเหนือที่เหลือ
• เหลือทิ้งตะวันออก
• ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานการแปลง

สถิติเหล่านี้ช่วยประเมินว่าแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงมีความน่าเชื่อถือหรือไม่

หากการเปลี่ยนแปลงที่เหลือเกินค่าที่คาดไว้ เช่น มากกว่าประมาณ 5 ซม. ในขณะที่ตัวบ่งชี้การวัด RTK ยังคงเป็นปกติ ปัญหาอาจไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งของดาวเทียม

สาเหตุที่เป็นไปได้ ได้แก่:

• การเลือกจุดไม่ถูกต้อง
• ประสานรายการผิดพลาด
• การกระจายจุดควบคุมไม่สม่ำเสมอ
• คุณภาพของจุดควบคุมไม่ดี

ปัญหาเหล่านี้เกิดขึ้นบ่อยกว่าที่ผู้ใช้หลายคนคาดหวัง

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีจุดควบคุมเพียงสองจุด?

จุดสองจุดให้เฉพาะข้อกำหนดทางคณิตศาสตร์ขั้นต่ำสำหรับการคำนวณพารามิเตอร์การแปลง

ปัญหาคือไม่มีความซ้ำซ้อน

หากไม่มีความซ้ำซ้อน ซอฟต์แวร์จะไม่สามารถประเมินคุณภาพการเปลี่ยนแปลงทางสถิติได้

ในสถานการณ์เหล่านี้ ผู้ใช้มักจะตรวจสอบพารามิเตอร์ตัวประกอบสเกล ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็น ρ (rho)

ตามหลักการแล้ว:

ρ µ 1

หากปัจจัยขนาดเบี่ยงเบนไปจากความสามัคคีอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น:

|ρ−1| ≥ 1/40000

การเปลี่ยนแปลงอาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำทางวิศวกรรมอีกต่อไป

หากการวัด GNSS ดูมีเสถียรภาพในขณะที่ปัจจัยสเกลดูผิดปกติ ควรตรวจสอบจุดควบคุมอย่างระมัดระวัง

คำแนะนำการปฏิบัติ

• ใช้จุดควบคุมที่ทราบอย่างน้อยสามจุดทุกครั้งที่เป็นไปได้
• รักษาคุณภาพที่คล้ายคลึงกันในทุกจุดควบคุม
• กระจายคะแนนเท่าๆ กันทั่วพื้นที่สำรวจ
• ตรวจสอบส่วนที่เหลือของการเปลี่ยนแปลงหลังการสอบเทียบ
• เมื่อใช้การสอบเทียบแบบสองจุด ให้ตรวจสอบว่าตัวประกอบสเกลยังคงอยู่ใกล้ 1

RTK สามารถกำหนดตำแหน่งในระดับเซนติเมตรได้ แต่การบรรลุความแม่นยำนั้นอย่างสม่ำเสมอนั้นขึ้นอยู่กับมากกว่าแค่ตัวรับเอง

ในหลายโครงการ การควบคุมคุณภาพและการตั้งค่าการประสานงานมีบทบาทสำคัญพอๆ กับการสังเกตการณ์ด้วยดาวเทียม

การทำความเข้าใจรายละเอียดเหล่านี้สามารถช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาภาคสนามหลายอย่างที่ทีมสำรวจต้องเผชิญทุกวัน