RTK技術(shù)在測繪中的應用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

RTK技術(shù)在測繪中的應用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領域也由此步入了一個嶄新的時代。RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標志, RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。

RTK技術(shù)；RTK技術(shù)優(yōu)點；RTK技術(shù)缺點

1． 概述

隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領域也由此步入了一個嶄新的時代,RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標志.在RTK以前的定位技術(shù)如靜態(tài)、快速靜態(tài)、準動態(tài)、動態(tài)等定位方法都是測后進行事后處理來求出結(jié)果, 野外作業(yè)人員不能實時得到結(jié)果, 這樣就不能進行質(zhì)量控制, 也就有可能在次日或幾天后因質(zhì)量問題而進行返測, 從而使作業(yè)人員在野外實測時為了保證精度和質(zhì)量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測值, 造成了人力、物力、財力上的浪費, 影響了工期及經(jīng)濟效益。RTK系統(tǒng)不需要事后處理, 就能夠?qū)崟r獲得測量三維坐標值。采用RTK 技術(shù)放樣時, 僅需把設計好的坐標輸入到測量控制手簿中,背著流動站, 它會提醒你走到要放樣點的位置, 既迅速又方便, 且只需一個人操作; 由于RTK是通過坐標來直接放樣的, 而且精度達到厘米級, 點位精度也很均勻, 因而在外業(yè)放樣中效率得到了極大的提高。

2. RTK技術(shù)原理

RTK（Real - time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(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，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖、管線測量，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)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(jù)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(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足一秒鐘。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，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。

RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，即能實時搜索并唯一地判斷相位觀測值的初始整周模糊度。RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率。隨著移動數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展,特別是后者的發(fā)展, 使初始化時間大大縮短。

3. RTK技術(shù)的優(yōu)點和缺點

3.1 RTK技術(shù)的優(yōu)點

（1）RTK作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強大。RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

（2）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”和對天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業(yè)。

（3）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。不同于全站儀等儀器，全站儀在多次搬站后，都存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大，而RTK則沒有，只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

（4）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設站一次即可測完10km半徑左右的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了測量效率。

（5）操作簡便、數(shù)據(jù)處理能力強。南方測繪RTK的基準站無需任何設置，移動站就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標或進行坐標放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信。

3.2 RTK技術(shù)的缺點

（1）RTK測量受接收衛(wèi)星個數(shù)限制, RTK接收天空衛(wèi)星個數(shù)低于4個時不能正常工作。隨著時間的推移和用戶要求的日益提高,GPS衛(wèi)星的空間組成和衛(wèi)星信號強度都不能滿足當前的需要,當衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候,世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋。例如在中、低緯度地區(qū)每天總有兩次盲區(qū),每次20～30min,盲區(qū)時衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)強度低,RTK測量很難得到固定解。同時由于信號強度較弱,在對空遮擋比較嚴重的地方GPS無法正常應用。

（2）受一些地域限制，城區(qū)樓群林立、山區(qū)山高林密, 跨越溝崗、基準站與流動站距離過大時, 流動站接收不到基準站發(fā)射的電臺信號, 導致流動站只有浮動解, 而無固定解。因此在這些地區(qū)作業(yè)時RKT的高作業(yè)效率得不到體現(xiàn)。

（3）溫度過低時, 天線電纜線變硬, 給作業(yè)帶來不便。

（4）受高程異常問題影，RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確,但我國現(xiàn)有的高程異常分布圖在有些地區(qū),尤其是山區(qū),存在較大誤差,在有些地區(qū)還是空白,這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得比較困難,精度也不均勻,影響RTK的高程測量精度。

（5）不能達到100％的可靠度，RTK確定整周模糊度的可靠性為95％～99％,在穩(wěn)定性方面不及全站儀,這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。

4、結(jié)束語

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡潔、更容易操作！從而大大提高了工作效率, 取得了良好的社會效率和經(jīng)濟效益。促成了RTK 定位技術(shù)的日趨成熟和迅速推廣應用。

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[2]詹長根，唐祥云，劉麗.地基測量學．第2版．武漢：武漢大學出版社，2009.

[3]楊志強，王澤民．GPS測量原理及應用．第3版．武漢：武漢大學出版社，2011.

[4]顧孝烈，鮑峰．測量學．第3版．上海：同濟大學出版社，2008.