RTK在陜西省林草生態綜合樣地監測中的應用

李吉鵬，張瑞娟

（陜西省林業調查規劃院，陜西西安 710082）

隨著當今科學技術的不斷進步，應用到林草生態綜合監測工作中的技術也越來越多。其中，實時動態載波相位差分（Real Time Kinematic，RTK）技術便是一種非常先進且有效的技術。將該技術合理應用到林草生態綜合監測工作中，不僅可達到全面監測的效果，同時可以進一步確保監測質量。基于此，在林草生態綜合監測中，相關單位需要對此項技術加以深入研究，并根據實際情況、結合實際需求，對此項技術加以合理利用。通過這樣的方式，才可以使其技術優勢得以充分發揮，使林草生態綜合監測工作得以順利完成。本文以RTK 技術為切入點，分析其原理與技術優勢，并探討了RTK 技術的方案篩選過程，希望能夠為相關技術的應用提供參考。

1 RTK技術概述

1.1 工作原理

RTK 技術又稱實時動態載波相位差分技術，是實時處理2 個測量站載波相位觀測量的差分方法，即將基準站采集的載波相位發給移動站接收機，進行求差解算坐標以達厘米級精度[1]。

1.2 優點

1）定位精度高。在滿足RTK 基本工作要求的條件下，在一定的作業半徑范圍內（一般為2 km），RTK平面精度和高程精度都能達到厘米級。2）作業效率高。隨著高精度RTK 技術水平不斷突破、成熟，RTK 產品變得越來越小型化、智能化，便于攜帶。一般設站一次即可完成2 km 半徑內測區的點位測量，在一般的電磁波環境下幾秒鐘即可獲得一組移動站的坐標，極大地提高了作業效率。3）操作簡單，容易使用。只需要在架設基準站時進行簡單設置，就可以進行點位測量。

1.3 缺點

1）受環境狀況限制。在高山深處及密集的森林林區，衛星信號遮擋嚴重，特別是秦嶺山區腹地，群山環繞，地勢崎嶇，最大坡度可達50°，且多數地區沒有手機網絡信號覆蓋，RTK 測量精度及作業效率受到限制。2）數據傳輸受限。RTK 數據傳輸易受到山體、密林、各種高頻信號源干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，影響作業精度和作業范圍。3）精度和穩定性問題。衛星狀況、天氣狀況、數據傳輸、差分解算等因素影響RTK 穩定性。此外，不同型號的RTK 系統，其搜星、鎖星和解算能力差別較大，綜合所得結果差距較大[2]。

2 樣地監測定位

林草生態綜合監測樣地監測中森林資源樣地全部為連續清查樣地，原則上屬于復測樣地，需要對樣地、樣地標志、樣木進行復位。

2.1 樣地復位

根據前期西南角的GPS 坐標值（北京54 坐標）、GPS 航跡記錄和樣地位置記錄描述，采用GNSS 導航、引線定位或向導帶路等多種方法尋找固定樣地。樣地定位后，首先要利用保存的標志對周界進行復位，并按固定標志設置要求，修復和補設有關標志。同時，采集樣地西南角CGCS2000 坐標值。

2.2 樣木復位

測量每株樣木的方位角和水平距離，也可以用縱坐標、橫坐標代替方位角、水平距離對樣木進行定位。根據樣木方位角和水平距離正確繪制樣木位置圖，標明樣木編號，樣木相對位置的出錯率不大于3%。對于叢生樣木和分叉樣木，應能反映出樣木相對位置。

3 RTK方案篩選

3.1 RTK 工作模式

根據項目情況的特殊性，初步提出了4 個RTK 工作技術方案。方案一是網絡單移動站模式，方案二是內置電臺1+1（基準站+移動站）模式，方案三是外掛電臺1+1（基準站+移動站）模式，方案四是星站差分模式。

3.1.1 網絡單移動站模式

通過手機網絡連接千尋連續運行參考站（Continuously Operating Reference Stations，CORS）或中國移動CORS 進行差分解算達到厘米級高精度。

1）優點：無需架設基準站，在千尋CORS 網絡信號覆蓋范圍內可以進行實時定位，定位精度可以達到厘米級。2）缺點：使用CORS 時完全依賴于網絡通信，定位精度及定位時間受信號強弱、CORS 站距離限制，網絡覆蓋不到的地方，等同于普通的手持GPS；每年收取CORS 服務費，其中中國移動CORS 賬號綁定機身號CORS 年服務費為1 200 元，獨立賬號CORS 年服務費為2 000 元，千尋CORS 賬號CORS 年服務費為3 600 元。

由于陜西省大部分樣地都分布在無網絡或網絡信號弱的林區，儀器無法通過網絡接收差分信號。如果沒有網絡，儀器的定位就是單點，定位精度在1～5 m，無法滿足此次調查精度要求。

3.1.2 內置電臺1+1（基準站+移動站）模式

基準站鎖定衛星后通過內置電臺發送差分信號，移動站鎖定衛星后通過內置電臺同頻接收基準站信號進行差分解算，結果可達到厘米級高精度。此種模式的優點是信號穩定、測量精度高、響應速度快，不易受通訊網絡影響；缺點是一組裝置需要同時配備一臺基準站和一臺移動站（2 臺RTK）[3]。

由于此模式不需要網絡信號，儀器架設簡單，只需在樣地2 km 范圍內找一個稍微開闊的地方架設一臺儀器作為基準站，另外一臺儀器作為移動站即可。此種模式在陜西省所有樣地均可使用，而且精度基本都在0.1 m 以內，完全滿足項目要求[4]。

3.1.3 外掛電臺1+1（基準站+移動站）模式

此模式和內置電臺模式一樣，也不需要網絡信號，但與內置電臺模式相比，該模式需要額外配備電瓶、腳架、附件包等配件，需要專職人員看守，而且受距離限制，增加了樣地監測工作難度。所以，此模式實際應用的可能性比較小。

3.1.4 星站差分模式

星站差分服務是利用來自全球跟蹤站網絡的實時數據及創新的定位和壓縮算法來計算中繼衛星軌道、衛星時鐘和其他系統的改正，再播發到接收機，從而獲得實時高精度的定位系統。通過該服務GNSS 接收機可以在全球實現單臺接收機達到厘米級的定位精度。具有此功能RTK 會比普通的RTK 多接收一個頻段，包含有差分信息，開通此項服務后可以實現單臺儀器達到固定解[5]。1）優點：無需網絡、無需架設基站，單機作業，設備安裝簡單，定位精度高，作業成果誤差均勻。2）缺點：遮擋物影響衛星信號接收，影響定位精度和定位時間。

此模式與前3 種模式相比操作最簡單，儀器定位也不需要網絡，但對環境的要求比較苛刻，需要在開闊無遮擋環境下作業。同時，從開機初始化到高精度厘米級定位需要15 min 左右，在樹林遮擋環境下需要的時間更長，有時甚至30 min 都無法達到固定解。因此，綜合考慮各種因素，內置電臺1+1 模式更適合樣地監測項目的開展。

3.2 儀器型號篩選

此次專門針對森林樣地復位，使用環境遮擋嚴重，必須選擇一款輕巧便攜、大容量內置電池、搜星能力和解算能力強的型號。

經過與行業內資深用戶交流，對比國內外儀器生產廠商的儀器參數，綜合考量儀器性能、產品穩定性、操作便捷性、用戶口碑等多個維度，初步選擇了國產設備中海達旗下的3 款儀器，分別為海星達i5、中海達V200 和中海達V98，進行實際測試。表1 是3 款設備在周至縣4039 樣地實測對比數據[6]。

表1 海星達i5、中海達V200 和中海達V98 在周至縣4039 樣地實測對比數據

通過實測對比，在密林無網絡信號環境下，中海達V200 內置電臺1+1 模式可以滿足林草生態綜合監測中的樣地定位精度。

4 RTK在使用中注意事項

RTK 內置電臺1+1 模式因其精度高、實時性和高效性，在林業樣地定位中原本固定難、固定慢的點位也可以輕松取得固定解，根據多次應用實踐分析，為保證快速獲得高精度定位，應注意以下問題[7]。

1）基準站選擇。RTK 定位數據處理的過程就是基準站和移動站之間的單線處理過程，觀測質量的好壞主要取決于基站架設的好壞與數據傳輸穩定性。選擇測區2 km 范圍內地勢比較高且開闊地帶架設基準站，保證通視。如果密林遮擋嚴重，將基準站架設到盡量高（配備5 m 對中桿），提高搜星、鎖星能力[8]。基準站架設要遠離高壓線（大于100 m）且基準站與測區通線視暢，以提高數據傳輸穩定性。注意大型金屬礦山和高功率雷達對設備干擾大，無法達到高精度 定位。

2）設備檢查。作業前檢查設備是否注冊有效，如果其中一個設備注冊失效，就不能實現內置電臺1+1模式。檢查設備電量，保證充足的電量滿足野外測量要求。檢查配件是否齊全，保證可以正常作業。

5 結語

RTK 在林草生態綜合監測樣地監測中的應用是科技發展的必然結果，適應精準林業的要求。RTK 改變了傳統的手持GPS 定位精度低的現狀，定位精度達到厘米級。RTK 內置電臺1+1 模式測量初始化時間短，工作狀態穩定，快速達到固定解，可有效解決在復雜林區環境中無信號、信號弱、定位時間長等環境限制問題，極大地提高了作業效率，節省測量時間，實現了高精度、高效率定位。