地形测量中GPS—RTK的应用

现如今，GPS技术的发展越来越成熟，它的建立给导航系统和定位技术带来了巨大的变化，很大程度上解决了地球上人类导航和定位问题，该系统能满足不同用户的不同需要。RTK技术是以载波相位观测为根据的实时差分GPS测量，目前它仍在不断的完善中。

一、RTK定义概述及其原理

1.1原理

基准站把接收的所有卫星信号（包括伪距和载波相位测量值）和基准站的一些信息（如基准站的坐标，天线高等）都通过系统传送到流动站，流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星的数据。在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传到控制器内（一般是微型计算机），并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求解得出两站间的基线值，同时输入相应的坐标、转换参数和投影参数，即可实时求得实用的未知点坐标。

1.2RTK技术的使用优点

（1）传统测量外业容易受地形、气候、季节、森林覆盖等诸多因素的影响，使测量精度、作业速度都受到很大限制，在能见度低、难通视的情况下，有些测量作业根本无法进行。而GPS实时动态测量（RTK）技术的出现，较圆满地解决了这个问题。

（2）GPS实时动态测量（RTK）技术的定位精度高，数据也安全可靠，测站间无需通视。在没有现成基准站控制点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区和由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区能进行快速的高精度定位计算。

（3）RTK的综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化，可胜任各种测绘内、外业。

（4）操作简便，容易使用，对作业条件要求不高，数据输入、处理、存储能力强，与计算机、其它测量仪器通信方便。随着微电子技术的进步，RTKGPS接收机的性能不断改进，使用起来相当方便，在任何条件下都能操作。

（5）作业人员少，定位速度快，综合、效益高。

（6）能在现场实时求解流动站三维坐标，且能实时知道定位时的精度。不需要传统测量所需求的各控制点间通视，每次每个碎步点观测都需读L、a、S等，使观测时间大幅缩短。

（7）一个基准站可以支持多个流动站同时工作。

（8）输入转换参数后可以进行WGS84坐标与本地要求的坐标间的正确转换。

（9）用于放样精度高且异常便捷。

RTK技术具有十分广阔的应用前景。在20～30km范围内，RTK实时定位精度可达cm级，目前正向5mm级迈进。在几百米或1～2km条件下，可以实现毫米级精度动态定位。

二、RTK系统流程

2.1进行RTK定位时，基准站将观测值及其已知坐标通过数据链发送给流动站，流动站不仅采集GPS观测数据还要接受通过数据链电台送来的基准站数据，并在流动站上形成差分观测之后实时求出流动站坐标，其精度可达到厘米级。在GPS RTK测量中，要求有三点：一是能接收5颗以上的GPS卫星；二是迁站过程中不能关机、不能失锁；三是必须能同时接收到GPS卫星的信号和基准站播发的差分信号。

RTK技术其关键和难点就在数据传输技术和数据处理技术上：

（1）数据传输技术

RTK技术要求基准站实时向流动站发送信息，要求信息发送量大，数据可靠及误码率小。移动数据通信技术促成RTK数据传输技术的成熟，数据传输速度不低于9600baud，无中继站传输范围也可达到20km。实时GPS测量成功与否，与数据通讯系统是否能把基准站数据实时、准确传送给流动站有很重要的关系。

有几种类型的传输方式可供考虑，一是利用实现波，但发射台要架高，传输距离有限；另一种是通过空中卫星传输，这种方式的缺点是造价高，数据经由卫星浪费了时间，还有一种就是目前国际上正在积极开始开展研究方法，即利用高频无线电波进行数据传输。

（2）数据处理技术

实时厘米级定位精度GPS测量要求快速解出整周模糊度。因而需要实时处理相位搜索判断相位观测值的初始整周模糊度，常用搜索方法有：FARA法，OTF法。

随着GPS在动态定位领域的发展，特别是RTK技术的发展，专家学者提出了各种求解动态测量中相位整周模糊度的OTF方法。总体上来讲。按其所用数学思想的不同，OTF方法可分为四类：双频伪距法，模糊度函数法，最小二乘搜索法和模糊度协方差阵法。RTK系统是有一个基准站和多个流动站组成的。基准站固定不动，负责发送数据。流动站到待测点上测量，接受基准站的数据，差分到要求的精度以后，就可以测量了。

三、总结与展望

GPS以其独特的全球性、全天候、高精度、高效益的显著特点，已经引起了广大测量工作者的极大关注与兴趣。GPS及RTK技术逐渐成熟，推动了测量工程技术的发展。

主要介绍了RTK原理，组成及应用。对RTK技术在山区测量的应用进行了研究，充分体现了RTK独特的优越性，可适当延长观测时间，相对提高精度，相当于实时的快速定位。也可以看出GPS实时动态测量精度达到厘米级是可行的，海拔高程的精度要视该地区大地水准面距离值的精度或高程控制点的精度、密度、分布情况下，中误差控制在±1.00 m以内也是可行的。

但是，在山区由于受到多种因素的影响，在实际作业过程中，GPS的RTK技术还存在如下问题与不足之处：

（1）卫星可见度问题。

（2）高程异常值问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

（3）外界干扰问题。易受到障碍物如大树、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，精度会受到影响。

（4）初始化的问题。在山区、一般林区、闹市区等作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。

（5）经济实用的问题。购买、租用设备投入的费用很高；RTK作业模式要求操作人员的素质较高。

（6）电力供应问题。需要多块大容量存电电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏或偏远作业区受到限制。

参考文献

[1]《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）.

[2]《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）.

（作者单位：鞍山京辉置业有限公司）

作者简介

肖杨，职务：测量技术员，毕业院校：辽宁工程技术大学，专业：测绘工程。