地形測量中GPS—RTK的應(yīng)用

現(xiàn)如今，GPS技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，它的建立給導(dǎo)航系統(tǒng)和定位技術(shù)帶來了巨大的變化，很大程度上解決了地球上人類導(dǎo)航和定位問題，該系統(tǒng)能滿足不同用戶的不同需要。RTK技術(shù)是以載波相位觀測為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量，目前它仍在不斷的完善中。

一、RTK定義概述及其原理

1.1原理

基準(zhǔn)站把接收的所有衛(wèi)星信號（包括偽距和載波相位測量值）和基準(zhǔn)站的一些信息（如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，天線高等）都通過系統(tǒng)傳送到流動站，流動站本身在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)，也接收基準(zhǔn)站傳送的衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。在流動站完成初始化后，把接收到的基準(zhǔn)站信息傳到控制器內(nèi)（一般是微型計(jì)算機(jī)），并將基準(zhǔn)站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進(jìn)行差分處理，即可實(shí)時(shí)求解得出兩站間的基線值，同時(shí)輸入相應(yīng)的坐標(biāo)、轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，即可實(shí)時(shí)求得實(shí)用的未知點(diǎn)坐標(biāo)。

1.2RTK技術(shù)的使用優(yōu)點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)測量外業(yè)容易受地形、氣候、季節(jié)、森林覆蓋等諸多因素的影響，使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，在能見度低、難通視的情況下，有些測量作業(yè)根本無法進(jìn)行。而GPS實(shí)時(shí)動態(tài)測量（RTK）技術(shù)的出現(xiàn)，較圓滿地解決了這個(gè)問題。

（2）GPS實(shí)時(shí)動態(tài)測量（RTK）技術(shù)的定位精度高，數(shù)據(jù)也安全可靠，測站間無需通視。在沒有現(xiàn)成基準(zhǔn)站控制點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)被破壞而造成的控制點(diǎn)不足的地區(qū)和由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)能進(jìn)行快速的高精度定位計(jì)算。

（3）RTK的綜合測繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，易實(shí)現(xiàn)自動化，可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。

（4）操作簡便，容易使用，對作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)輸入、處理、存儲能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)、其它測量儀器通信方便。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，RTKGPS接收機(jī)的性能不斷改進(jìn)，使用起來相當(dāng)方便，在任何條件下都能操作。

（5）作業(yè)人員少，定位速度快，綜合、效益高。

（6）能在現(xiàn)場實(shí)時(shí)求解流動站三維坐標(biāo)，且能實(shí)時(shí)知道定位時(shí)的精度。不需要傳統(tǒng)測量所需求的各控制點(diǎn)間通視，每次每個(gè)碎步點(diǎn)觀測都需讀L、a、S等，使觀測時(shí)間大幅縮短。

（7）一個(gè)基準(zhǔn)站可以支持多個(gè)流動站同時(shí)工作。

（8）輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)后可以進(jìn)行WGS84坐標(biāo)與本地要求的坐標(biāo)間的正確轉(zhuǎn)換。

（9）用于放樣精度高且異常便捷。

RTK技術(shù)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在20～30km范圍內(nèi)，RTK實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)cm級，目前正向5mm級邁進(jìn)。在幾百米或1～2km條件下，可以實(shí)現(xiàn)毫米級精度動態(tài)定位。

二、RTK系統(tǒng)流程

2.1進(jìn)行RTK定位時(shí)，基準(zhǔn)站將觀測值及其已知坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動站，流動站不僅采集GPS觀測數(shù)據(jù)還要接受通過數(shù)據(jù)鏈電臺送來的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，并在流動站上形成差分觀測之后實(shí)時(shí)求出流動站坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級。在GPS RTK測量中，要求有三點(diǎn)：一是能接收5顆以上的GPS衛(wèi)星；二是遷站過程中不能關(guān)機(jī)、不能失鎖；三是必須能同時(shí)接收到GPS衛(wèi)星的信號和基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號。

RTK技術(shù)其關(guān)鍵和難點(diǎn)就在數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)上：

（1）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

RTK技術(shù)要求基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)向流動站發(fā)送信息，要求信息發(fā)送量大，數(shù)據(jù)可靠及誤碼率小。移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)促成RTK數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟，數(shù)據(jù)傳輸速度不低于9600baud，無中繼站傳輸范圍也可達(dá)到20km。實(shí)時(shí)GPS測量成功與否，與數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是否能把基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確傳送給流動站有很重要的關(guān)系。

有幾種類型的傳輸方式可供考慮，一是利用實(shí)現(xiàn)波，但發(fā)射臺要架高，傳輸距離有限；另一種是通過空中衛(wèi)星傳輸，這種方式的缺點(diǎn)是造價(jià)高，數(shù)據(jù)經(jīng)由衛(wèi)星浪費(fèi)了時(shí)間，還有一種就是目前國際上正在積極開始開展研究方法，即利用高頻無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）數(shù)據(jù)處理技術(shù)

實(shí)時(shí)厘米級定位精度GPS測量要求快速解出整周模糊度。因而需要實(shí)時(shí)處理相位搜索判斷相位觀測值的初始整周模糊度，常用搜索方法有：FARA法，OTF法。

隨著GPS在動態(tài)定位領(lǐng)域的發(fā)展，特別是RTK技術(shù)的發(fā)展，專家學(xué)者提出了各種求解動態(tài)測量中相位整周模糊度的OTF方法。總體上來講。按其所用數(shù)學(xué)思想的不同，OTF方法可分為四類：雙頻偽距法，模糊度函數(shù)法，最小二乘搜索法和模糊度協(xié)方差陣法。RTK系統(tǒng)是有一個(gè)基準(zhǔn)站和多個(gè)流動站組成的。基準(zhǔn)站固定不動，負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)。流動站到待測點(diǎn)上測量，接受基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，差分到要求的精度以后，就可以測量了。

三、總結(jié)與展望

GPS以其獨(dú)特的全球性、全天候、高精度、高效益的顯著特點(diǎn)，已經(jīng)引起了廣大測量工作者的極大關(guān)注與興趣。GPS及RTK技術(shù)逐漸成熟，推動了測量工程技術(shù)的發(fā)展。

主要介紹了RTK原理，組成及應(yīng)用。對RTK技術(shù)在山區(qū)測量的應(yīng)用進(jìn)行了研究，充分體現(xiàn)了RTK獨(dú)特的優(yōu)越性，可適當(dāng)延長觀測時(shí)間，相對提高精度，相當(dāng)于實(shí)時(shí)的快速定位。也可以看出GPS實(shí)時(shí)動態(tài)測量精度達(dá)到厘米級是可行的，海拔高程的精度要視該地區(qū)大地水準(zhǔn)面距離值的精度或高程控制點(diǎn)的精度、密度、分布情況下，中誤差控制在±1.00 m以內(nèi)也是可行的。

但是，在山區(qū)由于受到多種因素的影響，在實(shí)際作業(yè)過程中，GPS的RTK技術(shù)還存在如下問題與不足之處：

（1）衛(wèi)星可見度問題。

（2）高程異常值問題。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相當(dāng)困難，精度也不均勻。

（3）外界干擾問題。易受到障礙物如大樹、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，精度會受到影響。

（4）初始化的問題。在山區(qū)、一般林區(qū)、鬧市區(qū)等作業(yè)時(shí)，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機(jī)會較多，容易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時(shí)有時(shí)需要經(jīng)常重新初始化。

（5）經(jīng)濟(jì)實(shí)用的問題。購買、租用設(shè)備投入的費(fèi)用很高；RTK作業(yè)模式要求操作人員的素質(zhì)較高。

（6）電力供應(yīng)問題。需要多塊大容量存電電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏或偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)受到限制。

參考文獻(xiàn)

[1]《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T18314-2001）.

[2]《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》（CJJ73-97）.

（作者單位：鞍山京輝置業(yè)有限公司）

作者簡介

肖楊，職務(wù)：測量技術(shù)員，畢業(yè)院校：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，專業(yè)：測繪工程。