韓洪力

（北安市昌盛建筑安裝有限責(zé)任公司，黑龍江 北安164000）

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 最初全球定位系統(tǒng)GPS 的應(yīng)用只涉及到控制測(cè)量和高精度的大地測(cè)量，后來(lái)它的應(yīng)用遍及各種測(cè)量領(lǐng)域。 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK 模式，以實(shí)時(shí)、快速、操作簡(jiǎn)單及精度高而著稱，這種技術(shù)的出現(xiàn)，使GPS 的應(yīng)用領(lǐng)域更加擴(kuò)大、精度也越來(lái)越高。地形測(cè)圖是為城市、 礦區(qū)以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。 常規(guī)方法是先布設(shè)高級(jí)控制點(diǎn)，然后再逐級(jí)加密控制點(diǎn)，以這些控制點(diǎn)為依據(jù)，測(cè)定對(duì)象在參考系的位置并按照一定的規(guī)定和符號(hào)繪制成圖。 而應(yīng)用RTK 新技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速地測(cè)定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測(cè)圖軟件還可以在野外一次測(cè)繪成電子地圖，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件。

1 RTK 有關(guān)理論

RTK（Real time kinematic）技術(shù)又稱載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)值的差分方法。 進(jìn)行RTK 工作時(shí)基準(zhǔn)站需將自己所獲得的載波相位觀測(cè)值（最好加上測(cè)碼偽距觀測(cè)值）及站坐標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)播發(fā)給在其周圍工作的動(dòng)態(tài)用戶。 于是這些動(dòng)態(tài)用戶就能依據(jù)自己獲得的相同歷元的載波相位觀測(cè)值（最好加上測(cè)碼偽距觀測(cè)值）和廣播星歷進(jìn)行實(shí)時(shí)相對(duì)定位，并進(jìn)而根據(jù)基準(zhǔn)站的站坐標(biāo)求得自己的瞬時(shí)位置。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)流動(dòng)站和基準(zhǔn)站間的距離大于50km 時(shí)，RTK 的單歷元解一般只能達(dá)到分米級(jí)的精度， 從而失去其使用價(jià)值。

2 RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

眾所周知，無(wú)論靜態(tài)定位，還是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后，所以無(wú)法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，而且也無(wú)法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這就難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此在實(shí)際工作中就經(jīng)常需要返工來(lái)重測(cè)由于粗差造成的不合格觀測(cè)成果。而解決這一問(wèn)題的主要方法就是延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間來(lái)保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，這樣一來(lái)卻大大降低了GPS 測(cè)量的工作效率。 RTK 的出現(xiàn)便使這一問(wèn)題迎刃而解。RTK 技術(shù)是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它的出現(xiàn)為工程放樣、工程測(cè)圖及各種控制測(cè)量帶來(lái)了新的發(fā)展，并極大地提高了工作效率。 高精度的GPS 測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果。 在RTK 作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)， 還要采集GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出高精度定位結(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)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值） 及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)， 數(shù)據(jù)量比較大， 一般都要求9600 的波特率，這在日常工作中不難實(shí)現(xiàn)。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，能在工程測(cè)量中發(fā)揮重要作用。

RTK 在具體應(yīng)用中要求：

（1）能同時(shí)接收5 個(gè)以上的GPS 衛(wèi)星。星數(shù)問(wèn)題限制了RTK 技術(shù)的應(yīng)用范圍，在城鎮(zhèn)、林蔭、山地等地區(qū)，凡所測(cè)星數(shù)少于5 個(gè)時(shí)，RTK測(cè)量就會(huì)遇到困難。隨著科技的不斷發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題會(huì)被逐步的改善。

（2）遷站過(guò)程中不能失鎖。但保證遷站過(guò)程中不失鎖卻很難，當(dāng)遷站過(guò)程中經(jīng)過(guò)樹(shù)下、立交橋、隧道時(shí)，都有可能失鎖。失鎖后，必須重新初始化，即重新確定整周模糊值，確定整周模糊值的時(shí)間和可靠性，取決于4 個(gè)因素：?jiǎn)晤l機(jī)或雙頻機(jī)、所測(cè)星數(shù)、至基準(zhǔn)站的距離、RTK 軟件質(zhì)量。

（3）必須能同時(shí)接收到GPS 衛(wèi)星的信號(hào)和基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號(hào)。這是決定RTK 技術(shù)能否成功的關(guān)鍵因素，也是制約RTK 測(cè)量效果的重大因素。 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(hào)，一般國(guó)際測(cè)繪領(lǐng)域的RTK 技術(shù)應(yīng)用中，都采用UHF 電臺(tái)播發(fā)的差分信號(hào)， 這要求基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的天線必須“準(zhǔn)光學(xué)通視”。 經(jīng)過(guò)多個(gè)工程檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間的距離對(duì)精度有很大的影響。 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間距與放樣誤差關(guān)系圖，可以看出距離加大時(shí)，定位誤差加大；最佳工作區(qū)在4km 內(nèi)， 4km外誤差增幅明顯。由于各個(gè)作業(yè)環(huán)境千差萬(wàn)別，精度要求也各不相同，上述作業(yè)控制距離僅供參考。

3 RTK 技術(shù)在具體應(yīng)用中的誤差分析

在RTK 技術(shù)應(yīng)用中，主要存在兩類誤差：一類，是與測(cè)站有關(guān)的誤差，包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號(hào)干擾和氣象因素。 另一類，是與距離有關(guān)的誤差，包括軌道誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差。下面就上述誤差進(jìn)行分析：

（1）天線相位中心變化。 天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號(hào)的頻率、方位角和高度角。因此不僅需要測(cè)量電子相位中心的平均位置相對(duì)于天線機(jī)械中心的變化，而且要定義整個(gè)可見(jiàn)天線的相位中心的變化。 忽視天線相位中心的變化，可使點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到3cm，最大可達(dá)到5cm。 因此，若要提高精度，必須知道流動(dòng)站天線和基準(zhǔn)站天線的精確相位圖形，據(jù)之改正其數(shù)據(jù)。

（2）多路徑誤差。 該誤差是RTK 技術(shù)定位測(cè)量中最嚴(yán)重的誤差。它取決于天線周圍的環(huán)境，多路徑誤差一般為5cm，高反射環(huán)境下可達(dá)19cm。 多路徑誤差可通過(guò)一些措施予以削弱：選擇地形開(kāi)闊、沒(méi)有反射面的點(diǎn)位；采用具有削弱多徑誤差的各種技術(shù)的天線；采用扼流圈天線；基準(zhǔn)站附近輔設(shè)吸收電波的材料；采用處理數(shù)據(jù)的新技術(shù)；接收機(jī)內(nèi)采用專門的濾波器削弱數(shù)據(jù)中的多徑誤差等。

（3）信號(hào)干擾。對(duì)于基準(zhǔn)站而言，測(cè)試天線周圍的電磁波干擾非常容易。干擾的強(qiáng)度取決于頻率、發(fā)射臺(tái)功率和至干擾源的距離，改正這些影響的主要方法為選點(diǎn)時(shí)要仔細(xì)注意。

（4）氣象因素。 根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在天氣急劇變化時(shí)，也能導(dǎo)致觀測(cè)坐標(biāo)的變化。 因此，在這種天氣情況下，不宜進(jìn)行RTK 測(cè)量。

（5）軌道誤差。 軌道誤差只有幾米，其殘余的相對(duì)誤差影響約為1ppm，就短基線（<10km）而言，對(duì)其結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，但對(duì)于20～30km 的基線則可達(dá)到幾厘米。

（6）電離層誤差。 將L1 和L2 的觀測(cè)值進(jìn)行線性組合來(lái)消除電離層誤差的影響。 電離層效應(yīng)同太陽(yáng)黑子活動(dòng)密切相關(guān)。 在太陽(yáng)黑子平靜期小于5ppm，當(dāng)太陽(yáng)黑子爆發(fā)時(shí)，其影響可達(dá)到50ppm。 實(shí)踐表明，在太陽(yáng)黑子爆發(fā)的幾天內(nèi)，不但RTK 測(cè)量無(wú)法進(jìn)行，即使靜態(tài)GPS 也會(huì)受到嚴(yán)重的影響。

（7）對(duì)流層誤差。對(duì)流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)間高差密切相關(guān)，一般可達(dá)到3ppm。 為了保證RTK 達(dá)到厘米級(jí)精度，要對(duì)測(cè)站有關(guān)的誤差一起模擬。

4 結(jié)語(yǔ)

人類進(jìn)入21 世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的速猛發(fā)展，RTK 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有：接收機(jī)小型化、增強(qiáng)抗樹(shù)林遮擋和抗電波干擾的能力、降低碼觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值的噪聲、精化誤差模型、生產(chǎn)接收雙星座和多星座的接收機(jī)、室內(nèi)實(shí)時(shí)定位等。 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用， 是體現(xiàn)我國(guó)綜合國(guó)力的一個(gè)重要指標(biāo)，因此我們?cè)诮窈笠鸩綄?shí)現(xiàn)GPS 現(xiàn)代化——建立多個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站的衛(wèi)星定位系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)。