RTK 技術在工程測量中的應用

韓洪力

（北安市昌盛建筑安裝有限責任公司，黑龍江 北安164000）

0 引言

隨著現代科學技術的飛速發展， 最初全球定位系統GPS 的應用只涉及到控制測量和高精度的大地測量，后來它的應用遍及各種測量領域。 GPS 實時動態RTK 模式，以實時、快速、操作簡單及精度高而著稱，這種技術的出現，使GPS 的應用領域更加擴大、精度也越來越高。地形測圖是為城市、 礦區以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮規劃和經濟建設的需要。 常規方法是先布設高級控制點，然后再逐級加密控制點，以這些控制點為依據，測定對象在參考系的位置并按照一定的規定和符號繪制成圖。 而應用RTK 新技術，甚至可以不布設各級控制點，僅依據一定數量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件還可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件。

1 RTK 有關理論

RTK（Real time kinematic）技術又稱載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測值的差分方法。 進行RTK 工作時基準站需將自己所獲得的載波相位觀測值（最好加上測碼偽距觀測值）及站坐標，通過數據通信鏈實時播發給在其周圍工作的動態用戶。 于是這些動態用戶就能依據自己獲得的相同歷元的載波相位觀測值（最好加上測碼偽距觀測值）和廣播星歷進行實時相對定位，并進而根據基準站的站坐標求得自己的瞬時位置。研究發現當流動站和基準站間的距離大于50km 時，RTK 的單歷元解一般只能達到分米級的精度， 從而失去其使用價值。

2 RTK 技術在工程測量中的應用

眾所周知，無論靜態定位，還是準動態定位等定位模式，由于數據處理滯后，所以無法實時解算出定位結果，而且也無法對觀測數據進行檢核，這就難以保證觀測數據的質量，因此在實際工作中就經常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。而解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數據的可靠性，這樣一來卻大大降低了GPS 測量的工作效率。 RTK 的出現便使這一問題迎刃而解。RTK 技術是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它的出現為工程放樣、工程測圖及各種控制測量帶來了新的發展，并極大地提高了工作效率。 高精度的GPS 測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果。 在RTK 作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的各項數據， 還要采集GPS 觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出高精度定位結果。 RTK 技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據（偽距觀測值，相位觀測值） 及已知數據傳輸給流動站接收機， 數據量比較大， 一般都要求9600 的波特率，這在日常工作中不難實現。 實時動態（RTK）定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，能在工程測量中發揮重要作用。

RTK 在具體應用中要求：

（1）能同時接收5 個以上的GPS 衛星。星數問題限制了RTK 技術的應用范圍，在城鎮、林蔭、山地等地區，凡所測星數少于5 個時，RTK測量就會遇到困難。隨著科技的不斷發展，這個問題會被逐步的改善。

（2）遷站過程中不能失鎖。但保證遷站過程中不失鎖卻很難，當遷站過程中經過樹下、立交橋、隧道時，都有可能失鎖。失鎖后，必須重新初始化，即重新確定整周模糊值，確定整周模糊值的時間和可靠性，取決于4 個因素：單頻機或雙頻機、所測星數、至基準站的距離、RTK 軟件質量。

（3）必須能同時接收到GPS 衛星的信號和基準站播發的差分信號。這是決定RTK 技術能否成功的關鍵因素，也是制約RTK 測量效果的重大因素。 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，一般國際測繪領域的RTK 技術應用中，都采用UHF 電臺播發的差分信號， 這要求基準站和流動站之間的天線必須“準光學通視”。 經過多個工程檢測成果統計，基準站與流動站間的距離對精度有很大的影響。 基準站與流動站間距與放樣誤差關系圖，可以看出距離加大時，定位誤差加大；最佳工作區在4km 內， 4km外誤差增幅明顯。由于各個作業環境千差萬別，精度要求也各不相同，上述作業控制距離僅供參考。

3 RTK 技術在具體應用中的誤差分析

在RTK 技術應用中，主要存在兩類誤差：一類，是與測站有關的誤差，包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素。 另一類，是與距離有關的誤差，包括軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差。下面就上述誤差進行分析：

（1）天線相位中心變化。 天線的機械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。因此不僅需要測量電子相位中心的平均位置相對于天線機械中心的變化，而且要定義整個可見天線的相位中心的變化。 忽視天線相位中心的變化，可使點位坐標的誤差一般達到3cm，最大可達到5cm。 因此，若要提高精度，必須知道流動站天線和基準站天線的精確相位圖形，據之改正其數據。

（2）多路徑誤差。 該誤差是RTK 技術定位測量中最嚴重的誤差。它取決于天線周圍的環境，多路徑誤差一般為5cm，高反射環境下可達19cm。 多路徑誤差可通過一些措施予以削弱：選擇地形開闊、沒有反射面的點位；采用具有削弱多徑誤差的各種技術的天線；采用扼流圈天線；基準站附近輔設吸收電波的材料；采用處理數據的新技術；接收機內采用專門的濾波器削弱數據中的多徑誤差等。

（3）信號干擾。對于基準站而言，測試天線周圍的電磁波干擾非常容易。干擾的強度取決于頻率、發射臺功率和至干擾源的距離，改正這些影響的主要方法為選點時要仔細注意。

（4）氣象因素。 根據研究發現，在天氣急劇變化時，也能導致觀測坐標的變化。 因此，在這種天氣情況下，不宜進行RTK 測量。

（5）軌道誤差。 軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為1ppm，就短基線（<10km）而言，對其結果的影響可忽略不計，但對于20～30km 的基線則可達到幾厘米。

（6）電離層誤差。 將L1 和L2 的觀測值進行線性組合來消除電離層誤差的影響。 電離層效應同太陽黑子活動密切相關。 在太陽黑子平靜期小于5ppm，當太陽黑子爆發時，其影響可達到50ppm。 實踐表明，在太陽黑子爆發的幾天內，不但RTK 測量無法進行，即使靜態GPS 也會受到嚴重的影響。

（7）對流層誤差。對流層誤差同點間距離和點間高差密切相關，一般可達到3ppm。 為了保證RTK 達到厘米級精度，要對測站有關的誤差一起模擬。

4 結語

人類進入21 世紀，隨著科學技術的速猛發展，RTK 技術的發展趨勢有：接收機小型化、增強抗樹林遮擋和抗電波干擾的能力、降低碼觀測值和載波相位觀測值的噪聲、精化誤差模型、生產接收雙星座和多星座的接收機、室內實時定位等。 GPS 衛星定位系統在促進國民經濟發展中起著非常重要的作用， 是體現我國綜合國力的一個重要指標，因此我們在今后要逐步實現GPS 現代化——建立多個連續運行參考站的衛星定位系統即網絡RTK 技術。