淺談GPS RTK測量技術的定義及特點

■高元勇 丁小兵

（新疆疆海測繪院新疆烏魯木齊830000）

淺談GPS RTK測量技術的定義及特點

■高元勇 丁小兵

（新疆疆海測繪院新疆烏魯木齊830000）

GPS RTK技術的出現，使得野外實時碎步測量精度達到cm級別，GPS RTK測量具有實時性好、精度高、速度快等優點，是常規測量所無法比擬的，因此，GPS RTK已經作為快速采集數據與定位的有效工具。本文就GPS RTK的定義，組成及特點闡述自己的觀點。

GPS RTK 定義 組成特點

1　GPS RTK技術定義

RTK（Real Time Kinematic）實時動態定位技術又稱為實時動態載波相位差分技術，是GPS測量技術與數據傳輸技術的結合，是GPS測量技術中的一個新突破。基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，在流動站通過無線電接收基準站所發射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站基線向（△X，△Y，△Z）；基線向量加上基準站坐標得到流動站每個點WGS～84坐標，通過坐標轉換參數轉換得出流動站每個點的平面坐標x,y和海拔高h,這個過程稱為GPS～RTK定位過程。通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，實時地判定解算結果是否成功，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時間。GPS～RTK定位技術主要用于地形測量和工程放樣。

2　GPS RTK系統的組成

2.1GPS接收機

能夠測量到載波相位的GPS接收機都能夠進行RTK定位，但是為了能夠快速、準確地求解整周模糊度，雙頻接收機比較理想。

2.2無線電數據鏈

（1）基準站發射電臺：一般為外置的獨立電臺。（2）流動站接收機電臺：可以內置在GPS接收機內部，也有外置的獨立電臺。（3）中繼站電臺：可以轉發接收站信號，既接收基準站發送的信號又將接收信號發送出去，一般是外置的獨立電臺。

2.3電子手簿

由于GPS～RTK作業過程中，流動站一般將GPS接收機和電臺背在背部，為了便于建立測量項目、建立坐標系統，設置測量形式和參數、設置電臺參數，實時閱讀、存儲測量坐標和精度，設計放樣坐標或參數、指導放樣等，一般采用手持式的電子手簿比較方便。

3　GPS RTK的特點

3.1RTK的誤差

RTK測量的誤差同GPS靜態定位的誤差類似，一般可分為兩類，即同測站有關的誤差和同距離有關的誤差。同測站有關的誤差包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素影響等，其中多路徑誤差是RTK定位測量中最嚴重的誤差。多路徑誤差主要取決于GPS接收機天線周圍的環境，若天線周圍有高大建筑物或大面積水面時，將對電磁波有強反射作用。即天線接收的信號不但有直接從衛星發射的信號，還有從反射體反射的電磁波，這兩種信號疊加作為觀測量，將對定位產生誤差。通常情況下，多路徑誤差為1cm～5cm，高反射環境下可達10cm以上，且多路徑誤差的大小常以5min～20min的周期性變化，這對RTK測量將產生嚴重影響。同距離有關的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。目前軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差約為1ppm，對小于10km的基線而言，其影響可忽略不計。電離層誤差同太陽黑子活動密切相關，一般情況下，其影響小于5ppm，而當太陽黑子爆發時，影響值可達50ppm。對流層誤差同點間距離高差有關，一般影響在3ppm以內。

3.2整周模糊值

研究表明，確定整周模糊值（即初始化）的時間和可靠性，是RTK系統能否實時、準確定位的關鍵。在正常條件下，地面兩點間距離較短時，系統能夠模擬電離層和對流層的影響，其殘余影響也可通過對觀測值的差分處理予以消除或減弱。但電離層的電子含量會隨時空發生劇烈變化，衛星信號到達基準站和移動站時將有不同的影響，且基線越長，影響越大。當電離層劇烈活動時，將導致周跳或失鎖，即使是短基線也需要大大延長觀測時間才能固定整周模糊值，嚴重時（如太陽黑子爆發時）甚至根本不能固定整周模糊值。實踐證明，確定整周模糊值的時間和可靠性取決于4個因素，即接收機類型（單頻或雙頻）、所觀測衛星的個數、移動站至基準站的距離及RTK軟件質量。通常情況下，雙頻RTK初始化的時間比單頻RTK要短，而且同距離的關系不大；解算時采用的衛星數越多，RTK的精確性和可靠性越好；移動站至基準站的距離越近，其初始化的時間也越短。

3.3數據鏈

RTK測量時，移動站需要實時地接收基準站播發的差分信號（觀測值及相關數據），才能求待定點的位置。因此，能否連續地、可靠地接收基準站播發的信號，是RTK能否成功的決定因素，也是制約RTK測程的關鍵因素。目前，RTK系統的數據傳輸多采用超高頻（UHF）、甚高頻（VHF）和高頻（HF）播發差分信號。而在測繪領域的RTK應用中，無論單頻或雙頻RTK系統，當前國際上都采用UHF電臺播發差分信號，其頻率大約為450～470MHz，波長約60cm左右。根據電磁波理論，它的傳輸屬于一種視距傳輸（準光學通視），其最大的傳輸距離是由接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素決定的。因此，在沙漠、戈壁、平原、海域等地區，其RTK定位的效果比較好；而在城區、山地、森林等地區進行RTK測量時，其成果質量及作業效率將受到一定影響，甚至無法進行作業。

3.4坐標系統

RTK與GPS靜態測量一樣，GPS接收機接收的衛星信號經數據處理后，首先得到的是地心坐標系（WGS～84）坐標，而我們在測繪工程中應用的通常是地方坐標系的平面直角坐標（1980西安坐標系、1954北京坐標系或地方坐標系等），其高程一般為正常高。因此，為了把WGS～84坐標系坐標轉換為地方坐標系坐標，作業前首先要根據坐標轉換關系式求解兩種坐標系間的轉換參數。

4　結束語

全球衛星定位系統動態RTK模式無論在靜態控制網測量，還是在動態數字化測量中，以其精度高、速度快在測繪行業中獨領風騷。我想在未來的發展中會越來越好。

[1]劉經南，葛茂榮等.廣域差分GPS原理及應用.北京：測繪出版社，2000

[2]趙永華.GPS技術在工程測量中的應用 [J].煤炭技術,2004(3).

P2[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～231～1