【摘 要】隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，RTK(RealTime Kinematic)測(cè)量技術(shù)也日益成熟。RTK技術(shù)，是測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破，極大地提高了測(cè)量工作作業(yè)的效率。本文主要闡述了RTK技術(shù)的含義、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)，還分析了RTK技術(shù)在城市測(cè)量中的注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】RTK;GPS;城市測(cè)量;定位

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

１．RTK技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，從上個(gè)世紀(jì)七十年代由美國(guó)率先發(fā)起研制，如今發(fā)展已初具規(guī)模。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)實(shí)施三維導(dǎo)航與定位能力和解決大地測(cè)量問(wèn)題的一項(xiàng)空間技術(shù)。隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，RTK(Real-Time Kinematic)測(cè)量技術(shù)也日益成熟，測(cè)量技術(shù)逐步在測(cè)繪中得到應(yīng)用，尤其是在城市各方面測(cè)量中的應(yīng)用。RTK測(cè)量技術(shù)因其精度高、實(shí)時(shí)性和高效性，已逐步應(yīng)用于城市圖根測(cè)量、工程放樣、碎部測(cè)量、地籍測(cè)量等諸多方面，并且正在向城市一、二級(jí)導(dǎo)線(GPS)控制測(cè)量方向拓展，使得其在城市測(cè)繪中的應(yīng)用越來(lái)越廣。RTK技術(shù)，是測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)等方法都需要事后進(jìn)行解算才能獲得可使用的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到較高精度數(shù)據(jù)的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分(Real-time kinematic)方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖以及各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。GPS的出現(xiàn)是測(cè)繪行業(yè)的一次革命，而RTK技術(shù)的出現(xiàn)，使得GPS可以更廣泛地應(yīng)用于測(cè)繪行業(yè)的各個(gè)方面?，F(xiàn)在許多城市已在或準(zhǔn)備建立城市GPS綜合服務(wù)網(wǎng)，直接為城市測(cè)量、交通、公安及氣象等領(lǐng)域服務(wù)。利用GPS綜合網(wǎng)基準(zhǔn)站連續(xù)發(fā)布的高精度GPS信息，使得城市GPS用戶能夠快速實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地確定其空間地理信息，屆時(shí)，RTK將會(huì)更方便、更精確、更靈活、更可靠。隨著RTK技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，它將成為未來(lái)城市測(cè)量的主導(dǎo)測(cè)量模式，開辟城市測(cè)量的新理念。

2.RTK技術(shù)所存在的問(wèn)題

RTK技術(shù)靈活、方便的特點(diǎn)使其在城市測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景，但是由于城市現(xiàn)代通信業(yè)的高度發(fā)達(dá)，城市建筑的高大化和裝潢材料的強(qiáng)反射性，市區(qū)道路車流量大且行動(dòng)緩慢等因素，使得RTK作業(yè)受到一定的影響。主要表現(xiàn)在：受衛(wèi)星狀況的影響，受電離層影響，受數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳輸距離影響，受對(duì)空通視環(huán)境影響，受高程異常問(wèn)題影響，等等。還有RTK技術(shù)的精度也是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)為大家所關(guān)注的一個(gè)方面。

3.RTK測(cè)量的基本原理

RTK 測(cè)量模式要求至少兩臺(tái)同時(shí)工作的GPS接收機(jī)。在兩臺(tái)套接收機(jī)的RTK 測(cè)量系統(tǒng)中，其中一臺(tái)接收機(jī)被指定為基準(zhǔn)站，另外一臺(tái)為流動(dòng)站，基準(zhǔn)站接收機(jī)通常置于一個(gè)己知點(diǎn)上，即經(jīng)度、緯度和高度己知的點(diǎn)?；鶞?zhǔn)站系統(tǒng)采集來(lái)自可用衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)。該原始數(shù)據(jù)經(jīng)包裝后，由串行端口送往待命的無(wú)線電發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)對(duì)包裝后的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播。流動(dòng)站電臺(tái)接收基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的包含基準(zhǔn)站接收GPS原始數(shù)據(jù)的信息，電臺(tái)將收到的基準(zhǔn)原始數(shù)據(jù)經(jīng)由串口轉(zhuǎn)往流動(dòng)站接收機(jī)，與此同時(shí)，流動(dòng)站GPS接收機(jī)會(huì)在其當(dāng)前位置采集本機(jī)的原始數(shù)據(jù)。來(lái)自基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)與流動(dòng)站GPS接收機(jī)的原始數(shù)據(jù)匯集在流動(dòng)站接收機(jī)中處理，得出兩個(gè)接收機(jī)之間精確到亞厘米級(jí)的基線向量。最后，流動(dòng)站接收機(jī)利用己知基準(zhǔn)站位置和基線向量來(lái)計(jì)算流動(dòng)站位置坐標(biāo)，從而得到用戶所需的三維坐標(biāo)。

4.RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

RTK技術(shù)以其卓越的優(yōu)勢(shì)很快地有了自己的市場(chǎng)，其優(yōu)勢(shì)就在于：

4.1.1作業(yè)效率高

在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的RTK 設(shè)站一次即可測(cè)完5km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s，就可以完成作業(yè)。

4.1.2定位精度高，沒(méi)有誤差積累

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)(一般為5km)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)，且不存在誤差積累。

4.1.3快速提供三維坐標(biāo)

通常RTK接收機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)處理就能得到厘米級(jí)精度的三維坐標(biāo)。

4.1.4全天候作業(yè)

RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只需要滿足“電磁波通視和對(duì)空通視的要求”，因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK 技術(shù)作業(yè)受限因素少，幾乎可以全天候作業(yè)。

4.1.5 RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高

RTK可勝任各種測(cè)繪外業(yè)。流動(dòng)站配備高效手持操作手簿，內(nèi)置專業(yè)軟件可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

4.2 RTK技術(shù)的缺點(diǎn)

4.2.1受衛(wèi)星狀況限制

GPS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是在1973年完成的，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，總體設(shè)計(jì)方案自身存在很多不足。隨著時(shí)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(hào)強(qiáng)度都不能滿足當(dāng)前的需要，當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對(duì)美國(guó)是最佳的時(shí)候，世界上有些國(guó)家在某一確定的時(shí)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(shí)衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，RTK測(cè)量很難得到固定解。同時(shí)由于信號(hào)強(qiáng)度較弱，在對(duì)空遮擋比較嚴(yán)重的地方GPS無(wú)法正常應(yīng)用。

4.2.2受電離層影響

白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，每天中午12～13點(diǎn)，RTK測(cè)量很難得到固定解。

4.2.3受數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳輸距離影響

數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)信號(hào)在傳輸過(guò)程中易受外界環(huán)境影響，如高大山體、建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過(guò)一定距離時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小，工程實(shí)踐和專門研究都證明了這一點(diǎn)。

4.2.4受對(duì)空通視環(huán)境影響

在山區(qū)、林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時(shí)，GPS衛(wèi)星信號(hào)被阻擋機(jī)會(huì)較多，信號(hào)強(qiáng)度低，衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)差，容易造成失鎖，重新初始化困難甚至無(wú)法完成初始化，影響正常作業(yè)。

4.2.5受高程異常問(wèn)題影響

RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國(guó)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(cè)量精度。

4.2.6不能達(dá)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]。

5.RTK技術(shù)應(yīng)用中的問(wèn)題及解決方法

RTK技術(shù)在城市測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景，但是由于城市特殊的環(huán)境，存在諸多不利于RTK作業(yè)的因素，諸如強(qiáng)大的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)、高大的建筑等。主要有以下幾方面：

5.1參數(shù)的轉(zhuǎn)換。

①為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，最好選擇5顆以上的點(diǎn)利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度與正確性，還應(yīng)當(dāng)選用1～2個(gè)點(diǎn)不參與轉(zhuǎn)換計(jì)算，而直接帶入公式，檢查是否符合精度要求，從而提高數(shù)據(jù)可靠性。

②參數(shù)轉(zhuǎn)換所用已知點(diǎn)點(diǎn)位最好選擇在測(cè)區(qū)四周及中心，均勻分布，能有效地控制測(cè)區(qū)，盡量減少參數(shù)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

5.2基準(zhǔn)站選擇。

RTK定位的數(shù)據(jù)處理過(guò)程是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理過(guò)程，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞，無(wú)線電的信號(hào)傳播質(zhì)量好壞對(duì)定位結(jié)果的影響很大。

①一般基準(zhǔn)站上空應(yīng)盡可能開闊，在5°～15°高度角以上不能有成片的障礙物。

②在基準(zhǔn)站周圍200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源。

③基準(zhǔn)站應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)電磁波信號(hào)反射強(qiáng)烈的地形、地物。

5.3 RTK測(cè)量形式同常規(guī)測(cè)量的支導(dǎo)線測(cè)量形式有些類似，為避免出現(xiàn)粗差，在實(shí)施中，應(yīng)加強(qiáng)與靜態(tài)GPS點(diǎn)或其他已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核的同時(shí)，還應(yīng)通過(guò)對(duì)同一點(diǎn)重復(fù)進(jìn)行RTK觀測(cè)來(lái)加強(qiáng)結(jié)果檢驗(yàn)。

5.4由于電臺(tái)信號(hào)傳播屬于直線傳播，為了基準(zhǔn)站和流動(dòng)站數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶h(yuǎn)，基準(zhǔn)站應(yīng)該選擇在地勢(shì)比較高的測(cè)點(diǎn)上。這是很重要的。這樣做，不至于老是搬站。

5.5避免在中午太陽(yáng)直接照射的高溫環(huán)境下作業(yè)。因?yàn)樘?yáng)紫外線很強(qiáng)時(shí)，對(duì)信號(hào)傳播影響較大，容易造成觀測(cè)結(jié)果的不穩(wěn)定性。

5.6使用RTK和使用靜態(tài)GPS一樣，也要對(duì)測(cè)區(qū)的衛(wèi)星情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，要避開接收機(jī)接收不到足夠衛(wèi)星的時(shí)間段。這一點(diǎn)也很重要，因?yàn)镽TK技術(shù)主要就是依靠衛(wèi)星定位的，所以衛(wèi)星數(shù)目一定要盡可能的多。

6.結(jié)語(yǔ)

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是繼GPS全球定位技術(shù)之后，測(cè)量領(lǐng)域又一次技術(shù)革命。RTK技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK定位技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已成為目前全球衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用的重要里程碑，它的出現(xiàn)必將更好地服務(wù)于城市測(cè)量，為城市測(cè)量帶來(lái)了新的曙光。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］魏二虎，黃勁松．GPS測(cè)量操作與數(shù)據(jù)處理[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2004．

［２］余小龍，胡學(xué)奎．GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前景[J]．測(cè)繪通報(bào)，2007，(10)．

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［４］嚴(yán)小平．GPS-RTK 在城鎮(zhèn)地籍測(cè)量中的應(yīng)用分析[J]．城市勘測(cè)，2003，(3)．