RTK特征分析及未來應用展望

臧 朕吳 迪張 麗

（1.西南能礦集團股份有限公司，貴州 貴陽550004；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 測繪院，貴州 貴陽550018）

1 RTK概述

RTK是一種將GPS與數(shù)據(jù)傳播技術(shù)相互結(jié)合，實時處理測站中載波相位觀測量的一種差分方法，經(jīng)實時求解進行數(shù)據(jù)處理后，能在1-2s的時間里獲取高精度位置信息。載波相位差分可分為兩類：修正法與差分法；修正法屬于準RTK,差分法屬于真正的RTK。修正法是將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再求解坐標；差分法是將基準站采集到的載波相位改正值發(fā)送給用戶，然后進行求差處理，解算出坐標。

2 RTK特征分析

2.1 特征歸納

RTK技術(shù)的特征主要有：作業(yè)范圍廣，定位精度高，基準站與流動站之間無需通視，誤差不累積，作業(yè)效率高，全天候作業(yè)，數(shù)據(jù)可以實時處理等。

作業(yè)范圍：當流動站隨著作業(yè)人員離開基準站后能求得固定解的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑，作業(yè)范圍反應了基準站電臺信號的傳輸距離，同時也影響對RTK測量的精度和速度；近年來，隨著GPS技術(shù)的不斷完善，儀器制造商采用先進技術(shù)，擴大了作業(yè)范圍。如果在有密集建筑物或樹木比茂盛的區(qū)域作業(yè)，流動站易失鎖，而且高程精度較差，即使在相距1km也很難進行RTK作業(yè)測量。因此，RTK作業(yè)時半徑控制在10km以內(nèi)；當接收信號受到嚴重影響時，必須進一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK測量的精度和速度。可見RTK作業(yè)范圍相對很大。

基準站與流動站無需通視：RTK測量時兩臺主機不需要像全站儀那樣必須光學通視。就是當基準站架設(shè)好以后固定不動，流動站隨作業(yè)人員流動工作，它們之間不需要通視，而RTK技術(shù)是將基準站的外掛用電臺來發(fā)射電磁波，以電磁波建立通信，使用無線電信號，這在RTK的兩臺主機之間建立，傳播原理是使用無線電頻率來傳播電信號，波長要比可見光長得多，所以它們之間是可以存在障礙物的，無需通視。

精度高：通過全站儀采集的數(shù)據(jù)與RTK采集的數(shù)據(jù)進行對比分析，得出RTK測量的平面精度是很高的，能達到10mm的標稱精度，完全能夠滿足現(xiàn)在的數(shù)字化測圖規(guī)范；然而RTK高程測精度與四等水準測量數(shù)據(jù)比較，得出高程的可靠性并不是十分理想，達不到20mm的標稱精度，所以在利用RTK進行測量高程的時候應慎重。

誤差不累積：RTK測量的原理是基準站和流動站之間進行比較的結(jié)果，即差分，差分是未來獲取兩者之間精確的相對位置，因為流動站所測量的每個點的誤差都是相對于基準站的，而基準站的位置是固定的，所以流動站所測定的每個點都是與基準站進行比較后的結(jié)果，而不是像全站儀那樣是相鄰之間的兩個點，所以RTK沒有誤差累積。

作業(yè)效率：在一般不是很復雜的地形條件下，高質(zhì)量的RTK每架站一次可測定4km半徑的區(qū)域面積，很大程度地減少了傳統(tǒng)測量因控制點數(shù)量多和儀器的架設(shè)站次數(shù)多，流動站一人操作即可，勞動強度低，快速作業(yè)，效率很高。

全天候作業(yè)：RTK作業(yè)測量受通視條件、能見度、氣候條件、等因素的影響較小，且不要求基準站與流動站間光學通視，但是必須滿足“電磁波”的傳輸條件，與全站儀相比，RTK優(yōu)點及特點更能發(fā)揮，使用RTK接收只要滿足基木作業(yè)條件，它就能進行快速定位。

數(shù)據(jù)實時處理：RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于接收實時數(shù)據(jù)并處理和傳輸數(shù)據(jù)，RTK定位要求基準站接收機能把實時觀測的數(shù)據(jù)實時傳輸給流動站的接收機，接收機立刻進行數(shù)據(jù)的實時處理。RTK在作業(yè)模式下，基準站通過電臺（電磁波）將其觀測值和測站坐標信息傳送給流動站的接收機，流動站接收機通過接收來自基準站的觀測值和測站坐標信息，同時將采集到的GPS觀測數(shù)據(jù)，一同在流動站接收機系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值，并進行實時處理，在1-2s的時間里，給出精度為厘米級的定位結(jié)果。

2.2 技術(shù)特征分析

（1）RTK技術(shù)打破了傳統(tǒng)作業(yè)測量內(nèi)業(yè)與外業(yè)的界線，減少沒必要工作流程，從首級控制到最終成圖，都實行一體化；特別是減少了室外工作強度，縮短工作周期。

（2）RTK技術(shù)打破了常規(guī)控制測量中的分級布網(wǎng)、逐級控制的總體原則，減少了沒必要的工作流程，測區(qū)可以一次性整體布設(shè)首級控制網(wǎng)，整體平差，降低了傳統(tǒng)測圖中的控制點數(shù)目，圖根控制點的加密可與碎部點的采集可以同時進行。

（3）利用RTK進行作業(yè)測量時數(shù)據(jù)的采集不需要繪畫草圖，只需要在該點號下輸入正確采集的碎部點編碼，要求能被數(shù)字測圖軟件識別，以方便軟件處理。在地形復雜的情況下可繪畫草圖檢核。

（4）利用RTK進行碎部點測量時可不受圖幅邊界的限制，因此外業(yè)作業(yè)測量時可不用分幅作業(yè)，軟件操作人員利用計算機在內(nèi)業(yè)成圖處理時自動進行圖幅的分幅與接邊。

（5）電子藍牙手簿因所帶的Windows界面，顯得非常直觀快捷，可對實時觀測記錄的測量數(shù)據(jù)進行使用，不用再進行平差。

（6）RTK測量成果是在野外觀測時因?qū)崟r接收差分改正值，就能提供實時數(shù)據(jù)，因此能在現(xiàn)場及時進行檢核，避免作業(yè)返工。

2.3 RTK測量誤差分析

進行RTK作業(yè)測量時，誤差可分為兩類：與同測站有關(guān)的誤差和同距離有關(guān)的誤差；同測站相關(guān)誤差有多路徑誤差、信號干擾誤差、天線相位誤差、氣象因素所產(chǎn)生的誤差等；同距離相關(guān)誤差有電離層誤差、對流層誤差、軌道誤差。所以在進行RTK作業(yè)測量時，除了采取有效措施加以削弱與測量相關(guān)的誤差外，還需限制作業(yè)半徑。

2.4 數(shù)據(jù)鏈分析

RTK測量時，流動站需要不斷地接收基準站傳播的實時差分信號才能求解待定點的位置。因此，能否連續(xù)可靠地接收基準站所傳播的信號，是RTK采集數(shù)據(jù)關(guān)鍵，也是制約測量中數(shù)據(jù)傳輸距離的關(guān)鍵。由電磁波理論可知，這樣的一種傳輸屬于視距傳輸，其電磁波的傳輸距離受基準站天線的高度、地球的曲率半徑、大氣折射等因素的影響；所以在平坦地區(qū)，RTK作業(yè)時定位效果及精度相對較好，而在地勢起伏地區(qū)，RTK作業(yè)測量時其效率將受到一定的影響，嚴重時甚至無法進行作業(yè)。

3 RTK應用總結(jié)

實際應用得出RTK作業(yè)能最大限度地提高作業(yè)人員效率并降低了勞動強度，節(jié)約了測量費用，使測量變得更加快捷方便；RTK的關(guān)鍵技術(shù)所在，是對整周模糊度的快速解算和數(shù)據(jù)鏈的傳播技術(shù)，這些技術(shù)能體現(xiàn)出各種品牌的機型功能與質(zhì)量高低，質(zhì)量越高受環(huán)境的影響就越小，初始化能力就越強，所用時間就越短，作業(yè)半徑內(nèi)信號相對較好，作業(yè)效率也就逐漸提高；實際上RTK作業(yè)時面臨著“選擇”的問題，這包括對GPS機型、測區(qū)基準站控制點、衛(wèi)星高度角、最佳作業(yè)時段等選擇。隨著科學技術(shù)的不斷進步，RTK技術(shù)的強大功將會充分挖掘利用。

4 RTK應用展望

RTK測量作為當今先進的測量技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的測量作業(yè)模式，給測量工作帶來了史無前例的改變。為解決RTK測量作用半徑短的問題，研究人員使用電臺中繼站來傳輸差分信號，或者架設(shè)多基站來擴大測量范圍，現(xiàn)在的一些GPS生產(chǎn)商在GPS接收機中安裝了通訊模塊，用戶利用GPRS或CDMA無線通訊網(wǎng)絡來傳輸基準站差分信號，其作用半徑大大超過了普通無線電臺可達40km。目前RTK測量儀器的標稱精度已經(jīng)達到平面為10mm+1ppm，高程為20mm+1ppm。目前對于影響其測量精度的各種因素，如電離層誤差、對流層誤差、多路徑效應、衛(wèi)星分布等的研究日趨深入，研究人員建立了各種數(shù)學模型來提高測量精度；硬件方面，隨著科技水平的不斷提高與完善將研制出更可靠、精度更高的測量儀器，隨著RTK測量技術(shù)精度的不斷提高其應用領(lǐng)域還將進一步擴大，RTK的應用將進入一個新的階段，我們可以期待未來RTK技術(shù)將會應用于大區(qū)域的地面沉降監(jiān)測、精密設(shè)備的安裝、變形監(jiān)測、災害預報等多方面。

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