RTK技術(shù)在測(cè)繪中的應(yīng)用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

RTK技術(shù)在測(cè)繪中的應(yīng)用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測(cè)繪行業(yè)正面臨著一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的變革，而測(cè)繪領(lǐng)域也由此步入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)標(biāo)志, 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，并達(dá)到厘米級(jí)精度。

RTK技術(shù)；RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)；RTK技術(shù)缺點(diǎn)

1． 概述

隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測(cè)繪行業(yè)正面臨著一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的變革，而測(cè)繪領(lǐng)域也由此步入了一個(gè)嶄新的時(shí)代,RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)標(biāo)志.在RTK以前的定位技術(shù)如靜態(tài)、快速靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)等定位方法都是測(cè)后進(jìn)行事后處理來求出結(jié)果, 野外作業(yè)人員不能實(shí)時(shí)得到結(jié)果, 這樣就不能進(jìn)行質(zhì)量控制, 也就有可能在次日或幾天后因質(zhì)量問題而進(jìn)行返測(cè), 從而使作業(yè)人員在野外實(shí)測(cè)時(shí)為了保證精度和質(zhì)量而延長觀測(cè)時(shí)間以獲得大量的多余觀測(cè)值, 造成了人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi), 影響了工期及經(jīng)濟(jì)效益。RTK系統(tǒng)不需要事后處理, 就能夠?qū)崟r(shí)獲得測(cè)量三維坐標(biāo)值。采用RTK 技術(shù)放樣時(shí), 僅需把設(shè)計(jì)好的坐標(biāo)輸入到測(cè)量控制手簿中,背著流動(dòng)站, 它會(huì)提醒你走到要放樣點(diǎn)的位置, 既迅速又方便, 且只需一個(gè)人操作; 由于RTK是通過坐標(biāo)來直接放樣的, 而且精度達(dá)到厘米級(jí), 點(diǎn)位精度也很均勻, 因而在外業(yè)放樣中效率得到了極大的提高。

2. RTK技術(shù)原理

RTK（Real - time kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK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，它采用了載波相位動(dòng)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(cè)圖、管線測(cè)量，各種控制測(cè)量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)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，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(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)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(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)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)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)，即能實(shí)時(shí)搜索并唯一地判斷相位觀測(cè)值的初始整周模糊度。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。隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展,特別是后者的發(fā)展, 使初始化時(shí)間大大縮短。

3. RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

3.1 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

（2）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”和對(duì)天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。

（3）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。不同于全站儀等儀器，全站儀在多次搬站后，都存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大，而RTK則沒有，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)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

（4）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10km半徑左右的測(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)量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了測(cè)量效率。

（5）操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。南方測(cè)繪RTK的基準(zhǔn)站無需任何設(shè)置，移動(dòng)站就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它測(cè)量儀器通信。

3.2 RTK技術(shù)的缺點(diǎn)

（1）RTK測(cè)量受接收衛(wèi)星個(gè)數(shù)限制, RTK接收天空衛(wèi)星個(gè)數(shù)低于4個(gè)時(shí)不能正常工作。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)美國是最佳的時(shí)候,世界上有些國家在某一確定的時(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無法正常應(yīng)用。

（2）受一些地域限制，城區(qū)樓群林立、山區(qū)山高林密, 跨越溝崗、基準(zhǔn)站與流動(dòng)站距離過大時(shí), 流動(dòng)站接收不到基準(zhǔn)站發(fā)射的電臺(tái)信號(hào), 導(dǎo)致流動(dòng)站只有浮動(dòng)解, 而無固定解。因此在這些地區(qū)作業(yè)時(shí)RKT的高作業(yè)效率得不到體現(xiàn)。

（3）溫度過低時(shí), 天線電纜線變硬, 給作業(yè)帶來不便。

（4）受高程異常問題影，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。

（5）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、結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測(cè)量范圍，當(dāng)然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進(jìn)展，由原先的電臺(tái)傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡(jiǎn)潔、更容易操作！從而大大提高了工作效率, 取得了良好的社會(huì)效率和經(jīng)濟(jì)效益。促成了RTK 定位技術(shù)的日趨成熟和迅速推廣應(yīng)用。

[1]郭際明，孔祥元．控制測(cè)量學(xué)．第3版．武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

[2]詹長根，唐祥云，劉麗.地基測(cè)量學(xué)．第2版．武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.

[3]楊志強(qiáng)，王澤民．GPS測(cè)量原理及應(yīng)用．第3版．武漢：武漢大學(xué)出版社，2011.

[4]顧孝烈，鮑峰．測(cè)量學(xué)．第3版．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.