RTK系統(tǒng)在測量中的應用

1、RTK系統(tǒng)在測量中的應用魏金龍 陳軍 柳俊巖摘要 簡述了載波相位差分技術（RTK）的基本原理及其系統(tǒng)的組成，介紹了RTK系統(tǒng)在測量中的各種應用、操作流程和使用中應注意的問題。關鍵詞 RTK；數(shù)據鏈；應用載波相位差分技術又稱 RTK（Real Time Kinematic）技術，它是建立在全球定位系統(tǒng)（GPS）基礎之上的實時動態(tài)定位技術，常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為各種控制測量、地形測圖、工程放樣帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。一基本原理(

2、二) 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(tài)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(yè)模式下，基準站通過數(shù)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(shù)據鏈接收來自基準站的數(shù)據，還要采集GPS觀測數(shù)據，并在系統(tǒng)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，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理；只要能保

3、持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，基準站和流動站的接收機同時測量來自相同GPS衛(wèi)星的導航定位信號，基準站接收機所測得的三維位置與該點已知值進行比較，就可以獲得GPS定位數(shù)據的改正值，據此來改正動態(tài)接收機所測得的實時位置。此時多項誤差得到抵消，可以得到更為精確的動態(tài)用戶位置。其原理如下圖所示：（二） RTK的關鍵技術：初始整周模糊度的快速解算和數(shù)據鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷娍垢蓴_性1 整周模糊度的解算一方面依賴于GPS接收機對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，并保證跟蹤的數(shù)目（一般不少于四顆）；另一方面要求接收機對外界的強抗干擾性，避免由于多路徑效應引起的測量誤差，這就對GPS接收機提出了較高的要求

4、。2 要使RTK連續(xù)快速地獲得固定解，就必須使RTK流動站連續(xù)、可靠、快速的接收到基準站發(fā)來的數(shù)據鏈信號，數(shù)據鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷娍垢蓴_性主要受地形地勢的影響，比如在山區(qū)或是城鎮(zhèn)的密樓區(qū)，電磁波不能有效的穿透，從而縮減了RTK的有效工作半徑。因此，為了接收到基準站播發(fā)的電磁波信號，要求基準站和流動站之間的天線必須滿足“電磁波通視”即電磁波能從基準站通過直射、繞射和反射等傳播方式有效地到達流動站。二RTK系統(tǒng)的組成（一） 基準站的組成1 GPS接收機及其天線：用于接收GPS衛(wèi)星信號；2 無線電傳輸設備：包括電臺、手機通訊模塊及發(fā)射天線，用于發(fā)射基站無線電信號；3 電子手簿：用于設置基準站和電臺的

5、各項參數(shù)。（二） 流動站的組成1 GPS接收機及其天線：用于接收GPS衛(wèi)星信號；2 無線電接收電臺及其天線：用于接收基站電臺發(fā)射的無線電信號；3 電子手簿：用于設置流動站和接受電臺的各項參數(shù)，通過手簿進行各項測量工作的操作。（三） 與RTK系統(tǒng)相配套的軟件：用于在RTK作業(yè)之前和之后對相關測量數(shù)據進行處理。 RTK系統(tǒng)各部件的連接關系見下圖三RTK系統(tǒng)在測量中的各種應用及其優(yōu)越性（一）控制測量：傳統(tǒng)的控制測量采用三角網、邊角網、導線網方法來施測，不僅費工費時，要求點間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)、偽動態(tài)方法，在外業(yè)測設過程中不能實時知道定位

6、精度，如果測設完成后，回到內業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測；而采用RTK來進行控制測量，能夠實時知道定位精度，如果點位精度要求滿足，用戶就可以停止觀測，而且知道觀測質量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測量、電力線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強度、節(jié)省費用，而且大大提高工作效率，測一個控制點在幾分鐘甚至于幾秒鐘內就可完成。（二） 地形測圖：過去測地形圖時一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點，然后在圖根控制點上架設全站儀或經緯儀配合小平板測圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外

7、業(yè)電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地形地貌等碎部點，這些碎部點都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測；現(xiàn)在采用RTK時，僅需一人背著儀器在要測的地形地貌碎部點呆上一、二秒種，并同時輸入特征編碼，通過手簿可以實時知道點位精度，把一個區(qū)域測完后回到室內，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所采集的地形圖數(shù)據，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點間通視，大大提高了工作效率。采用RTK配合電子手簿可以測設各種地形圖，如普通測圖、鐵路線路帶狀地形圖等等。（三） 工程放樣：它要求通過一定方法采用一定儀器把設計好的點位在實地給標定出來。常規(guī)的放樣方法很多，如經緯儀交

8、會放樣，全站儀的極坐標放樣等等，這些方法在操作中需要2-3人配合進行，在放樣過程中還要求點間通視情況良好，在生產應用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難需借助很多方法才能解決；如果采用RTK技術放樣，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，背著GPS接收機，它會提醒你走到要放樣點的位置，既迅速又方便。由于GPS是通過坐標來直接放樣的，所以放樣點的精度均勻且能達到厘米級，因而在外業(yè)工作中效率會大大提高，且只需一個人操作。四RTK系統(tǒng)的操作流程RTK系統(tǒng)的操作是由人機配合進行的，其關鍵是對基準站和流動站參數(shù)的設定、點校正以及運用電子手簿及其軟件對各種測量工作的實施。一個基準站可以搭配數(shù)個流動站，每個

9、流動站可以相互獨立的進行各自的任務，但是一些參數(shù)的設置必須與基準站相統(tǒng)一，比如電臺的發(fā)射頻率、功率、測量類型等。操作流程見下圖：五RTK系統(tǒng)使用中應注意的問題（一） RTK的基礎是GPS定位技術,這就要保證對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤以及跟蹤衛(wèi)星的數(shù)目必須滿足要求。但是在城市高樓密集區(qū)或高山峽谷中，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使得作業(yè)時間受限，所以在工作時應把測量控制點選在地勢較高的區(qū)域或是開闊的場地；另外，在白天的中午時段，衛(wèi)星信號受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量，所以應避開中午時段進行施測。（二） RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，RTK比靜態(tài)G

10、PS還多出一些誤差因素如數(shù)據鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態(tài)測量相比，RTK測量更容易出錯，所以為了保證采用RTK測量時的可靠性和精確性，采用已知點校核法或是重測比較法對RTK的測量結果進行比較驗證；在工作中，應至少有三個已知點作點校正才能進行其他測量工作。（三） 使用中必須時時注意電臺信號的接收情況，以免發(fā)生測量數(shù)據的不正確采集，生成精度不高的測量成果。這是因為RTK數(shù)據鏈傳輸易受到障礙物如高山、高層建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，從而影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑，所以在工作中要滿足“電磁波通視”條件，將基準站架設在較高或是空曠區(qū)域，避開雷達、信號發(fā)射塔和高壓電線等影響電磁波傳輸?shù)囊蛩?，控制作業(yè)范圍，以達到測量結果的精度要求。（四） 如果需要進行高程聯(lián)測，則應采用不低于四等水準測量或與其精度相當?shù)姆椒ㄟM行，在平原地區(qū)聯(lián)測點不宜少于5個，丘陵或山地不少于10個，并應均勻分布于控制網中；（五） RTK測量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據鏈傳輸狀況影響的緣故。所以在工作中，要