淺談GPS RTK測量技術(shù)的定義及特點(diǎn)

■高元勇 丁小兵

（新疆疆海測繪院新疆烏魯木齊830000）

淺談GPS RTK測量技術(shù)的定義及特點(diǎn)

■高元勇 丁小兵

（新疆疆海測繪院新疆烏魯木齊830000）

GPS RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得野外實(shí)時(shí)碎步測量精度達(dá)到cm級別，GPS RTK測量具有實(shí)時(shí)性好、精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)測量所無法比擬的，因此，GPS RTK已經(jīng)作為快速采集數(shù)據(jù)與定位的有效工具。本文就GPS RTK的定義，組成及特點(diǎn)闡述自己的觀點(diǎn)。

GPS RTK 定義 組成特點(diǎn)

1　GPS RTK技術(shù)定義

RTK（Real Time Kinematic）實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)又稱為實(shí)時(shí)動態(tài)載波相位差分技術(shù)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個(gè)新突破?；鶞?zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送給運(yùn)動中的流動站，在流動站通過無線電接收基準(zhǔn)站所發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站基線向（△X，△Y，△Z）；基線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個(gè)點(diǎn)WGS～84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x,y和海拔高h(yuǎn),這個(gè)過程稱為GPS～RTK定位過程。通過實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測基準(zhǔn)站與用戶站觀測成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時(shí)間。GPS～RTK定位技術(shù)主要用于地形測量和工程放樣。

2　GPS RTK系統(tǒng)的組成

2.1GPS接收機(jī)

能夠測量到載波相位的GPS接收機(jī)都能夠進(jìn)行RTK定位，但是為了能夠快速、準(zhǔn)確地求解整周模糊度，雙頻接收機(jī)比較理想。

2.2無線電數(shù)據(jù)鏈

（1）基準(zhǔn)站發(fā)射電臺：一般為外置的獨(dú)立電臺。（2）流動站接收機(jī)電臺：可以內(nèi)置在GPS接收機(jī)內(nèi)部，也有外置的獨(dú)立電臺。（3）中繼站電臺：可以轉(zhuǎn)發(fā)接收站信號，既接收基準(zhǔn)站發(fā)送的信號又將接收信號發(fā)送出去，一般是外置的獨(dú)立電臺。

2.3電子手簿

由于GPS～RTK作業(yè)過程中，流動站一般將GPS接收機(jī)和電臺背在背部，為了便于建立測量項(xiàng)目、建立坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)置測量形式和參數(shù)、設(shè)置電臺參數(shù)，實(shí)時(shí)閱讀、存儲測量坐標(biāo)和精度，設(shè)計(jì)放樣坐標(biāo)或參數(shù)、指導(dǎo)放樣等，一般采用手持式的電子手簿比較方便。

3　GPS RTK的特點(diǎn)

3.1RTK的誤差

RTK測量的誤差同GPS靜態(tài)定位的誤差類似，一般可分為兩類，即同測站有關(guān)的誤差和同距離有關(guān)的誤差。同測站有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素影響等，其中多路徑誤差是RTK定位測量中最嚴(yán)重的誤差。多路徑誤差主要取決于GPS接收機(jī)天線周圍的環(huán)境，若天線周圍有高大建筑物或大面積水面時(shí)，將對電磁波有強(qiáng)反射作用。即天線接收的信號不但有直接從衛(wèi)星發(fā)射的信號，還有從反射體反射的電磁波，這兩種信號疊加作為觀測量，將對定位產(chǎn)生誤差。通常情況下，多路徑誤差為1cm～5cm，高反射環(huán)境下可達(dá)10cm以上，且多路徑誤差的大小常以5min～20min的周期性變化，這對RTK測量將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同距離有關(guān)的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。目前軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差約為1ppm，對小于10km的基線而言，其影響可忽略不計(jì)。電離層誤差同太陽黑子活動密切相關(guān)，一般情況下，其影響小于5ppm，而當(dāng)太陽黑子爆發(fā)時(shí)，影響值可達(dá)50ppm。對流層誤差同點(diǎn)間距離高差有關(guān)，一般影響在3ppm以內(nèi)。

3.2整周模糊值

研究表明，確定整周模糊值（即初始化）的時(shí)間和可靠性，是RTK系統(tǒng)能否實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵。在正常條件下，地面兩點(diǎn)間距離較短時(shí)，系統(tǒng)能夠模擬電離層和對流層的影響，其殘余影響也可通過對觀測值的差分處理予以消除或減弱。但電離層的電子含量會隨時(shí)空發(fā)生劇烈變化，衛(wèi)星信號到達(dá)基準(zhǔn)站和移動站時(shí)將有不同的影響，且基線越長，影響越大。當(dāng)電離層劇烈活動時(shí)，將導(dǎo)致周跳或失鎖，即使是短基線也需要大大延長觀測時(shí)間才能固定整周模糊值，嚴(yán)重時(shí)（如太陽黑子爆發(fā)時(shí)）甚至根本不能固定整周模糊值。實(shí)踐證明，確定整周模糊值的時(shí)間和可靠性取決于4個(gè)因素，即接收機(jī)類型（單頻或雙頻）、所觀測衛(wèi)星的個(gè)數(shù)、移動站至基準(zhǔn)站的距離及RTK軟件質(zhì)量。通常情況下，雙頻RTK初始化的時(shí)間比單頻RTK要短，而且同距離的關(guān)系不大；解算時(shí)采用的衛(wèi)星數(shù)越多，RTK的精確性和可靠性越好；移動站至基準(zhǔn)站的距離越近，其初始化的時(shí)間也越短。

3.3數(shù)據(jù)鏈

RTK測量時(shí)，移動站需要實(shí)時(shí)地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號（觀測值及相關(guān)數(shù)據(jù)），才能求待定點(diǎn)的位置。因此，能否連續(xù)地、可靠地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的信號，是RTK能否成功的決定因素，也是制約RTK測程的關(guān)鍵因素。目前，RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用超高頻（UHF）、甚高頻（VHF）和高頻（HF）播發(fā)差分信號。而在測繪領(lǐng)域的RTK應(yīng)用中，無論單頻或雙頻RTK系統(tǒng)，當(dāng)前國際上都采用UHF電臺播發(fā)差分信號，其頻率大約為450～470MHz，波長約60cm左右。根據(jù)電磁波理論，它的傳輸屬于一種視距傳輸（準(zhǔn)光學(xué)通視），其最大的傳輸距離是由接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素決定的。因此，在沙漠、戈壁、平原、海域等地區(qū)，其RTK定位的效果比較好；而在城區(qū)、山地、森林等地區(qū)進(jìn)行RTK測量時(shí)，其成果質(zhì)量及作業(yè)效率將受到一定影響，甚至無法進(jìn)行作業(yè)。

3.4坐標(biāo)系統(tǒng)

RTK與GPS靜態(tài)測量一樣，GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，首先得到的是地心坐標(biāo)系（WGS～84）坐標(biāo)，而我們在測繪工程中應(yīng)用的通常是地方坐標(biāo)系的平面直角坐標(biāo)（1980西安坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系等），其高程一般為正常高。因此，為了把WGS～84坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，作業(yè)前首先要根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系式求解兩種坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

4　結(jié)束語

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)動態(tài)RTK模式無論在靜態(tài)控制網(wǎng)測量，還是在動態(tài)數(shù)字化測量中，以其精度高、速度快在測繪行業(yè)中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。我想在未來的發(fā)展中會越來越好。

[1]劉經(jīng)南，葛茂榮等.廣域差分GPS原理及應(yīng)用.北京：測繪出版社，2000

[2]趙永華.GPS技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用 [J].煤炭技術(shù),2004(3).

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～231～1