淺析GPS-RTK技術(shù)的基本原理及應(yīng)用

摘要:載波相位差分技術(shù)(GPS-RTK)作為一種實(shí)時(shí)測量定位技術(shù)已經(jīng)被得到了廣泛的應(yīng)用，本文概括了RTK 技術(shù)原理，并闡述了RTK 的特點(diǎn)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:GPS RTK 原理 特點(diǎn) 應(yīng)用

0 引言

隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，RTK(Real Time Kinematic)測量技術(shù)也日益成熟，RTK 測量技術(shù)逐步在測繪中得到應(yīng)用。RTK 測量技術(shù)因其精度高、實(shí)時(shí)性和高效性，使得其在土地測量中的應(yīng)用越來越廣。

1 RTK 技術(shù)的概述

RTK(Real - time kinematic)實(shí)時(shí)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(jìn)行解算才能獲得cm級的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，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。

2 RTK 技術(shù)的基本原理及組成部分

RTK技術(shù)的基本原理。建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動態(tài)測量的保證，RTK技術(shù)的原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)， 安置一臺接收機(jī)作為參考站對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，流動站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測時(shí)間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

RTK系統(tǒng)的組成。RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈及移動接收機(jī)三部分組成。它是利用2臺以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另一臺用來測定未知點(diǎn)的坐標(biāo)( 移動站)。基準(zhǔn)站根據(jù)該點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動站，移動站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結(jié)果，從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。RTK技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動站，改正移動站的接收載波相位，再求解坐標(biāo); 差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。

3 RTK 技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 打破了內(nèi)外業(yè)的界線，減少測量工作流程，從首級控制到最終成圖，實(shí)行一體化作業(yè)，并且大大減輕了室外作業(yè)的強(qiáng)度，縮短了成圖周期。

3.2 打破了分級布網(wǎng)，逐級控制的原則，簡化控制測量繁鎖的工作，一個(gè)測區(qū)可一次性整體布網(wǎng)，整體平差，控制網(wǎng)可以是任意混合，所需控制點(diǎn)數(shù)目比傳統(tǒng)白紙測圖大大減少，圖根控制的加密可與碎部測量同時(shí)進(jìn)行。

3.3 數(shù)據(jù)采集時(shí)無需畫草圖，碎部點(diǎn)的記錄要求具有特定的格式，這種格式存儲有點(diǎn)名、編碼，能被數(shù)字測圖軟件所識別，在進(jìn)行圖形編輯時(shí)就能很好地處理。

3.4 碎部量測時(shí)不受圖幅邊界的限制，外業(yè)可不分幅作業(yè)，由內(nèi)業(yè)成圖時(shí)自動進(jìn)行分幅與接邊處理。

3.5 測量數(shù)據(jù)精度高，GPS不僅能夠達(dá)到1∶500圖根控制測量的點(diǎn)位和高程精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題.完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK控制測量操作簡便，機(jī)動性強(qiáng)，不但可以大幅度提高測量速度，而且能夠有效減輕作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度.尤其在通視困難地區(qū)更具明顯優(yōu)勢，為了得到高精度的測量數(shù)據(jù)，必須求出適合于本地區(qū)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)和水準(zhǔn)面模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)四等及其以下各級控制測量與1∶500圖根控制測量對于精度要求的相似性以及本工程對于原有GPS點(diǎn)的檢測結(jié)果，可以說明RTK同樣適用于四等及其以下的各級控制測量。

4 RTK技術(shù)如何應(yīng)用

4.1 各種控制測量 傳統(tǒng)的大地測量、工程控制測量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來施測，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)、偽動態(tài)方法，在外業(yè)測設(shè)過程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度，如果測設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測，而采用RTK來進(jìn)行控制測量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質(zhì)量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。如果把RTK用于公路控制測量、電子線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作效率，測一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。

4.2 地形測圖 過去測地形圖時(shí)一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測圖，現(xiàn)在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進(jìn)行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地形地貌等碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時(shí)一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測，現(xiàn)在采用RTK時(shí)，僅需一人背著儀器在要測的地形地貌碎部點(diǎn)呆上一二秒種，并同時(shí)輸入特征編碼，通過手簿可以實(shí)時(shí)知道點(diǎn)位精度，把一個(gè)區(qū)域測完后回到室內(nèi)，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點(diǎn)間通視，大大提高了工作效率，采用RTK配合電子手簿可以測設(shè)各種地形圖，如普通測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設(shè)，公路管線地形圖的測設(shè)，配合測深儀可以用于測水庫地形圖，航海海洋測圖等等。

4.3 放樣程放樣是測量一個(gè)應(yīng)用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位在實(shí)地給標(biāo)定出來，過去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，往往需要來回移動目標(biāo)，而且要2-3人操作，同時(shí)在放樣過程中還要求點(diǎn)間通視情況良好，在生產(chǎn)應(yīng)用上效率不是很高，有時(shí)放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，僅需把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，背著GPS接收機(jī)，它會提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標(biāo)來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個(gè)人操作。

5 結(jié)語

RTK在控制測量以及施工放樣中有著廣泛的運(yùn)用，比傳統(tǒng)的測量儀器的測量，它有著省時(shí)省工且精度高等特點(diǎn)，不僅能夠達(dá)到一級導(dǎo)線測量的精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題但在進(jìn)行測量時(shí)，要注意事項(xiàng)是基準(zhǔn)站選擇要在比較中心、位置空曠開闊的至高點(diǎn)上，且周圍無磁場的影響，這樣流動站接收的信號更好。

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