RTK 技术在工程测量中的应用

韩洪力

（北安市昌盛建筑安装有限责任公司，黑龙江 北安164000）

0 引言

随着现代科学技术的飞速发展， 最初全球定位系统GPS 的应用只涉及到控制测量和高精度的大地测量，后来它的应用遍及各种测量领域。 GPS 实时动态RTK 模式，以实时、快速、操作简单及精度高而著称，这种技术的出现，使GPS 的应用领域更加扩大、精度也越来越高。地形测图是为城市、 矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和经济建设的需要。 常规方法是先布设高级控制点，然后再逐级加密控制点，以这些控制点为依据，测定对象在参考系的位置并按照一定的规定和符号绘制成图。 而应用RTK 新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件还可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

1 RTK 有关理论

RTK（Real time kinematic）技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。 进行RTK 工作时基准站需将自己所获得的载波相位观测值（最好加上测码伪距观测值）及站坐标，通过数据通信链实时播发给在其周围工作的动态用户。 于是这些动态用户就能依据自己获得的相同历元的载波相位观测值（最好加上测码伪距观测值）和广播星历进行实时相对定位，并进而根据基准站的站坐标求得自己的瞬时位置。研究发现当流动站和基准站间的距离大于50km 时，RTK 的单历元解一般只能达到分米级的精度， 从而失去其使用价值。

2 RTK 技术在工程测量中的应用

众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，因此在实际工作中就经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。而解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来却大大降低了GPS 测量的工作效率。 RTK 的出现便使这一问题迎刃而解。RTK 技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它的出现为工程放样、工程测图及各种控制测量带来了新的发展，并极大地提高了工作效率。 高精度的GPS 测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。 在RTK 作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站不仅通过数据链接收来自基准站的各项数据， 还要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出高精度定位结果。 RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值） 及已知数据传输给流动站接收机， 数据量比较大， 一般都要求9600 的波特率，这在日常工作中不难实现。 实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，能在工程测量中发挥重要作用。

RTK 在具体应用中要求：

（1）能同时接收5 个以上的GPS 卫星。星数问题限制了RTK 技术的应用范围，在城镇、林荫、山地等地区，凡所测星数少于5 个时，RTK测量就会遇到困难。随着科技的不断发展，这个问题会被逐步的改善。

（2）迁站过程中不能失锁。但保证迁站过程中不失锁却很难，当迁站过程中经过树下、立交桥、隧道时，都有可能失锁。失锁后，必须重新初始化，即重新确定整周模糊值，确定整周模糊值的时间和可靠性，取决于4 个因素：单频机或双频机、所测星数、至基准站的距离、RTK 软件质量。

（3）必须能同时接收到GPS 卫星的信号和基准站播发的差分信号。这是决定RTK 技术能否成功的关键因素，也是制约RTK 测量效果的重大因素。 RTK 系统的数据传输多采用超高频（UHF）、甚高频（VHF）和高频（HF）播发差分信号，一般国际测绘领域的RTK 技术应用中，都采用UHF 电台播发的差分信号， 这要求基准站和流动站之间的天线必须“准光学通视”。 经过多个工程检测成果统计，基准站与流动站间的距离对精度有很大的影响。 基准站与流动站间距与放样误差关系图，可以看出距离加大时，定位误差加大；最佳工作区在4km 内， 4km外误差增幅明显。由于各个作业环境千差万别，精度要求也各不相同，上述作业控制距离仅供参考。

3 RTK 技术在具体应用中的误差分析

在RTK 技术应用中，主要存在两类误差：一类，是与测站有关的误差，包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。 另一类，是与距离有关的误差，包括轨道误差、电离层误差、对流层误差。下面就上述误差进行分析：

（1）天线相位中心变化。 天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。因此不仅需要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械中心的变化，而且要定义整个可见天线的相位中心的变化。 忽视天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3cm，最大可达到5cm。 因此，若要提高精度，必须知道流动站天线和基准站天线的精确相位图形，据之改正其数据。

（2）多路径误差。 该误差是RTK 技术定位测量中最严重的误差。它取决于天线周围的环境，多路径误差一般为5cm，高反射环境下可达19cm。 多路径误差可通过一些措施予以削弱：选择地形开阔、没有反射面的点位；采用具有削弱多径误差的各种技术的天线；采用扼流圈天线；基准站附近辅设吸收电波的材料；采用处理数据的新技术；接收机内采用专门的滤波器削弱数据中的多径误差等。

（3）信号干扰。对于基准站而言，测试天线周围的电磁波干扰非常容易。干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离，改正这些影响的主要方法为选点时要仔细注意。

（4）气象因素。 根据研究发现，在天气急剧变化时，也能导致观测坐标的变化。 因此，在这种天气情况下，不宜进行RTK 测量。

（5）轨道误差。 轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1ppm，就短基线（<10km）而言，对其结果的影响可忽略不计，但对于20～30km 的基线则可达到几厘米。

（6）电离层误差。 将L1 和L2 的观测值进行线性组合来消除电离层误差的影响。 电离层效应同太阳黑子活动密切相关。 在太阳黑子平静期小于5ppm，当太阳黑子爆发时，其影响可达到50ppm。 实践表明，在太阳黑子爆发的几天内，不但RTK 测量无法进行，即使静态GPS 也会受到严重的影响。

（7）对流层误差。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，一般可达到3ppm。 为了保证RTK 达到厘米级精度，要对测站有关的误差一起模拟。

4 结语

人类进入21 世纪，随着科学技术的速猛发展，RTK 技术的发展趋势有：接收机小型化、增强抗树林遮挡和抗电波干扰的能力、降低码观测值和载波相位观测值的噪声、精化误差模型、生产接收双星座和多星座的接收机、室内实时定位等。 GPS 卫星定位系统在促进国民经济发展中起着非常重要的作用， 是体现我国综合国力的一个重要指标，因此我们在今后要逐步实现GPS 现代化——建立多个连续运行参考站的卫星定位系统即网络RTK 技术。