GPS RTK測量技術的應用分析

文琳

摘要：RTK采用載波相位動態實時差分法（Real-time kinematic），是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的衛星定位測量方法，它是GPS技術的一個分支，也是GPS技術應用發展的重大里程碑[1]。它的出現顛覆了傳統的控制測量方法，極大提高了控制測量的效率。然而，RTK技術還存在一些局限性：測量距離超出一定距離、測量區域有強磁場干擾、基準站附近存在物理遮擋、太陽黑子爆發、衛星運行導致運算效率不足等因素都會對測量質量造成影響。文章根據GPS RTK測量技術的作業原理、基本配置和在控制測量上的應用，總結探究其優勢和局限性，簡單分析在實際應用中的一些注意事項。

關鍵詞：GPS RTK技術;控制測量;局限性

近年來，經濟的迅速發展使我國對各種控制測量的需求越來越大，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈，衛星定位技術的更新和進步為解決這些需求提供了條件。目前應用范圍最廣泛的高精度定位技術就是GPS RTK技術。該技術的關鍵點在于利用了GPS的載波相位觀測量，并根據基準站和流動站之間存在的觀測誤差，分析其空間相關性，通過差分法篩選出流動站觀測數據中的大部分誤差，從而實現高精度的定位[2]。關于如何更高效地使用GPS RTK技術的研究具備極大的現實意義。

1.GPS RTK的作業原理和配置

1.1 GPS RTK的工作原理

傳統GPS測量方法需要觀測結束進行解算才能取得厘米級的精度，而RTK測量是以載波相位為根據的實時差分測量。它的工作原理是：選取一個點建立基準站，并在基準站安置GPS接收機;將接收機連接數據發送裝置，隨時向流動站發送測量信息和基準站的位置信息;使用者攜帶GPS接收機，接收來自4顆以上實時觀測衛星的信息，同時接收從基準站數據發送裝置發送來的基準站信息;對這些數據進行實時差分處理，計算出整周模糊度和使用的位置數據和精度[3]。

1.2 GPS RTK的基本配置

GPS RTK系統的主要組成部分包括：2臺或以上的GPS接收機，2套或以上的數據傳輸設備，4顆以上的觀測衛星，專業的數據處理設備。

2.GPS RTK的應用

2.1控制測量的含義和發展

在需要測量的區域內，按照規定的精度測量一系列關鍵點的平面位置和立體位置，根據這些位置的數據構建一個網絡模型（工程控制網），作為具體測量的依據，這項測量工作就是控制測量。控制測量是各種測量工作的基礎，也是GPS RTK技術應用的主要領域。

傳統的控制測量通常會采用三角網法和導線網法，對人力物力需求大，測量時間長，要求點間通視，精度質量容易分布不均。而采用常規的GPS進行控制測量，在測量過程中不能實時獲取精準的定位信息，必須事后計算。如果測量中出現問題，在數據處理時發現精度不符合需求，還必須再次進行測量[4]。用RTK來進行控制測量，能夠實時知道定位精度，如果該精度滿足使用者的需求，就可以停止測量了，而且知道測量質量如何。這樣可以大大提高作業效率，一般情況下，使用RTK進行控制測量，測一個控制點的時間在幾分鐘甚至幾秒鐘就可以完成。

2.2 GPS RTK在控制測量上具體作業流程

目前，使用RTK進行控制測量的精度已經可以精確到厘米級，能滿足地理地形測量中的圖根控制測量和一般工程的控制測量，除了對精度要求非常高的控制測量會使用GPS靜態相對定位外，大部分控制測量均采用RTK技術。

RTK做控制測量的一般方法是：①建立基準站，基準站通常建立在地勢較高且觀測條件較好的點。②在基準站放置GPS接收機和數據傳輸裝置。③在GPS控制手簿中輸入基準站的WGS-84坐標和地方坐標值。④在測量區域內選取三個以上的控制點，要求分布均勻。在GPS手簿中輸入控制點的WGS-84坐標和地方坐標值，GPS手簿能自動計算控制點的坐標轉換參數。⑤將GPS流動站放置在待定點上進行測量，開啟快速靜態模式。流動站GPS在接收4顆或以上觀測衛星的GPS信號時還接收來自基準站數據傳輸裝置的信號，把這些數據進行實時差分處理，即可計算出流動站的坐標值。⑥此時，GPS手簿上會實時顯示點位坐標值及其精度，當精度滿足使用者的實際需求時即可保存數據并停止觀測。整個過程一般在3分鐘～5分鐘左右。根據大量實踐表明，用RTK進行控制測量的精度通常會保證在lcm～2cm左右。

2.3 GPS RTK在應用上的實例

我國“皖電東送”工程的完工是GPS RTK技術應用的典范。施工點在近200m的高空，施工距離跨越了整個淮河，實現了我國電網技術的突破。該工程應用高精度GPS RTK測量技術，憑借精確的GPS RTK定位功能、厘米級精度、實時數據處理、穩定的數據傳輸等特性在多個方面發揮作用。為設計、施工及決策人員提供精確的數據來源，為電力系統信息化的建設和管理提供可靠的依據。

3.GPS RTK的局限性

使用GPS RTK進行控制測量有著定位精度高、測量時間短、能提供三維坐標、操作簡單、全天候作業、測量站之間無須通視等優點，但由于其白身所具備的一些局限，在實際應用中需要注意以下事項。

3.1測量距離有限

RTK技術在實際應用時最大問題是各個站點之間的有效數據處理距離較短。GPS誤差的空間相關性會隨著基準站和流動站距離的增加而逐漸失去線性。當測量距離超過一定限度時（單頻lOkm，雙頻30km），差分處理后的用戶數據會含有較大的測量誤差，導致定位精度不足[5]。在保證定位精度的前提下，傳統的單機RTK技術測量距離非常有限。

3.2抗干擾能力較弱

（1） GPS RTK技術對于基準站的選取有較高的要求。基準站需要選在測量區域的中央，最好是地勢偏高的地方，旁邊不能有大面積的水面或高大、密集的樹林或者建筑物群，否則會對衛星的觀測起到物理遮蔽效果。（2）測量區域內不能有強磁場干擾。GPS信號極易受到強磁場干擾，在使用RTK技術進行控制測量時，需避開強磁場活動區域。各種信號線和電源線不能卷起來，否則會因為渦流產生人工磁場，對GPS信號造成影響。

3.3其他局限

太陽黑子爆發對GPS信號的干擾遠大于強磁場。使用GPS RTK技術進行控制測量工作前要了解和搜集太陽活動信息，避開太陽黑子爆發期，選擇平靜期進行控制測量。還需要注重測量作業前的衛星星歷預報，保證RTK測量的有效觀測衛星不少于4顆，確保控制測量數據的獲取效率。

4.GPS RTK技術的發展

4.1網絡技術的應用

20世紀90年代中期，隨著網絡技術的飛速發展，人們找到了克服傳統GPS RTK技術局限性的方法。科學家提出了網絡RTK技術。在網絡RTK技術中，區域型的GPS網絡誤差模型取代了線性衰減的單點GPS誤差模型。用多個基準站組成的GPS網絡來計算單個區域的GPS誤差模型，為網絡所覆蓋區域的使用者提供精準的校正數據。使用者接收到的不再是實際基準站的測量數據，而是一個虛擬基準站的數據和距離自己最近的基準站的校正數據。

4.2藍牙技術的應用

21世紀初，藍牙技術成為流行的數據傳輸技術。它是一種無線數據和語音通信的開放性全球規范。藍牙技術被應用于GPS RTK技術上，作為接收機，數據傳輸設備和GPS手簿之間的一種高效數據傳輸途徑。各個部件不再需要過多的電線進行連接，不僅減少了人工磁場干擾的可能性，還實現了在數十米范圍內用GPS手簿進行遙控操作。藍牙技術還讓GPS和筆記本電腦進行無線數據傳輸，利用筆記本電腦上的先進數據處理軟件對GPS數據實時獲取和處理。

5.結語

GPS RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，其最基本的原理是基準站接收機實時地把測量數據和已知數據傳輸給流動站接收機。當數據量不大時，要求9600的波特率，這在無線電上不難實現。但當數據量很大時，無線電臺已無法滿足需求。更高效更精確的數據傳輸技術是GPS RTK進步的根基。隨著科學技術的不斷發展，RTK技術已由傳統的1+1或1+2發展到了廣域差分GPS系統（ WADGPS），在很多區域建立起CORS系統，大大提高了RTK的測量距離;在數據傳輸方面實現了飛躍式進步，由一開始的電臺傳輸到現在的GPRS和GSM網絡傳輸，提高了數據的傳輸效率和范圍[7]。在測量儀器方面，不僅精度高，而且比傳統的RTK更簡潔、容易操作。隨著RTK技術的不斷進步，RTK技術必然會被應用到更廣泛的領域。

參考文獻：

[1]馬亮.GPS-RTK測量技術應用分析[J].時代農機，2017（7）：93+95.

[2]杭磊，李浩，公路工程測量中GPS-RTK測量技術的應用優勢[J].建筑技術開發，2016，43（3）：147-148.

[3]陳輝GPS RTK測量技術在地質勘查中的應用探討[J].低碳世界，2016（3）：73-74.

[4]楊靖江.公路工程測量中GPS RTK測量技術的應用優勢[J].工程技術：全文版， 2017（2）：00282-00282.

[5]孟祥吉.GPS-RTK測量技術在水利工程測繪中的應用分析[J].科技經濟導刊，2017（9）：65.

[6]王峙達.GPS RTK技術在數字化地形測量上的應用分析[J].建材與裝飾，2018（32）：241-242.

[7]萬麗娟，李海瑞.基于GPS-RTK技術在地形圖測繪中的應用研究[J].科技展望，2017（26）：164.