RTK技術在測繪中的應用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

RTK技術在測繪中的應用

趙樹朝/河南省清豐縣國土資源局

隨著全球定位系統( GPS) 技術的快速發展,測繪行業正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領域也由此步入了一個嶄新的時代。RTK(Real Time Kinematic) 技術是GPS 測量技術發展里程中的一個標志, 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，并達到厘米級精度。

RTK技術；RTK技術優點；RTK技術缺點

1． 概述

隨著全球定位系統( GPS) 技術的快速發展,測繪行業正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領域也由此步入了一個嶄新的時代,RTK(Real Time Kinematic) 技術是GPS 測量技術發展里程中的一個標志.在RTK以前的定位技術如靜態、快速靜態、準動態、動態等定位方法都是測后進行事后處理來求出結果, 野外作業人員不能實時得到結果, 這樣就不能進行質量控制, 也就有可能在次日或幾天后因質量問題而進行返測, 從而使作業人員在野外實測時為了保證精度和質量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測值, 造成了人力、物力、財力上的浪費, 影響了工期及經濟效益。RTK系統不需要事后處理, 就能夠實時獲得測量三維坐標值。采用RTK 技術放樣時, 僅需把設計好的坐標輸入到測量控制手簿中,背著流動站, 它會提醒你走到要放樣點的位置, 既迅速又方便, 且只需一個人操作; 由于RTK是通過坐標來直接放樣的, 而且精度達到厘米級, 點位精度也很均勻, 因而在外業放樣中效率得到了極大的提高。

2. RTK技術原理

RTK（Real - time kinematic）實時動態差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖、管線測量，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

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，并達到厘米級精度。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，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態；可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。

RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，即能實時搜索并唯一地判斷相位觀測值的初始整周模糊度。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。隨著移動數據通訊技術和數據處理技術的發展,特別是后者的發展, 使初始化時間大大縮短。

3. RTK技術的優點和缺點

3.1 RTK技術的優點

（1）RTK作業自動化、集成化程度高，測繪功能強大。RTK可勝任各種測繪內、外業。流動站利用內裝式軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業精度。

（2）降低了作業條件要求。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”和對天基本通視，因此，和傳統測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，在傳統測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業。

（3）定位精度高，數據安全可靠，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，在一定的作業半徑范圍內，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

（4）作業效率高。在一般的地形地勢下，高質量的RTK設站一次即可測完10km半徑左右的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，僅需一人操作，在一般的電磁波環境下幾秒鐘即得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了測量效率。

（5）操作簡便、數據處理能力強。南方測繪RTK的基準站無需任何設置，移動站就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信。

3.2 RTK技術的缺點

（1）RTK測量受接收衛星個數限制, RTK接收天空衛星個數低于4個時不能正常工作。隨著時間的推移和用戶要求的日益提高,GPS衛星的空間組成和衛星信號強度都不能滿足當前的需要,當衛星系統位置對美國是最佳的時候,世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋。例如在中、低緯度地區每天總有兩次盲區,每次20～30min,盲區時衛星幾何圖形結構強度低,RTK測量很難得到固定解。同時由于信號強度較弱,在對空遮擋比較嚴重的地方GPS無法正常應用。

（2）受一些地域限制，城區樓群林立、山區山高林密, 跨越溝崗、基準站與流動站距離過大時, 流動站接收不到基準站發射的電臺信號, 導致流動站只有浮動解, 而無固定解。因此在這些地區作業時RKT的高作業效率得不到體現。

（3）溫度過低時, 天線電纜線變硬, 給作業帶來不便。

（4）受高程異常問題影，RTK作業模式要求高程的轉換必須精確,但我國現有的高程異常分布圖在有些地區,尤其是山區,存在較大誤差,在有些地區還是空白,這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得比較困難,精度也不均勻,影響RTK的高程測量精度。

（5）不能達到100％的可靠度，RTK確定整周模糊度的可靠性為95％～99％,在穩定性方面不及全站儀,這是由于RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響的緣故。

4、結束語

隨著科學技術的不斷發展，RTK技術已由傳統的1+1或1+2發展到了廣域差分系統WADGPS，有些城市建立起CORS系統，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數據傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發展到現在的GPRS和GSM網絡傳輸，大大提高了數據的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現在的儀器不僅精度高而且比傳統的RTK更簡潔、更容易操作！從而大大提高了工作效率, 取得了良好的社會效率和經濟效益。促成了RTK 定位技術的日趨成熟和迅速推廣應用。

[1]郭際明，孔祥元．控制測量學．第3版．武漢：武漢大學出版社，2010.

[2]詹長根，唐祥云，劉麗.地基測量學．第2版．武漢：武漢大學出版社，2009.

[3]楊志強，王澤民．GPS測量原理及應用．第3版．武漢：武漢大學出版社，2011.

[4]顧孝烈，鮑峰．測量學．第3版．上海：同濟大學出版社，2008.