浅论GPS(RTK)测量

浅论GPS(RTK)测量

京沪高速铁路项目九工区桥二队 马舍巴

摘要 本文对GPS全站仪的原理及其优缺点进行了讲述，能对RTK有个简单的认识。

关键词 RTK 测量

1前言

全球定位系统（Global Positioning System）是由美国国防部联合美国海、陆、空三军为满足其军事导航定位而建立的无线电导航定位系统。其系统从1973年开始研究，到1993年完成全部工作卫星组网工作。该系统由24颗卫星组成，卫星分布在相隔60°的6个轨道面上，轨道倾角55°卫星高度20200km，卫星运行周期11h58m，这样在地球上任何地点、任何时间都可以接收至少4颗卫星运行定位。由于GPS具有实时提供三维坐标的能力，因此在民用、商业、科学研究上也得到了广泛应用。它不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。从静态定位到快速定位、动态定位，GPS技术已广泛应用于测绘工作中。

对于我们所熟知GPS，可以说它是测量史上的一次变革，它为我们提供了全天候、高精度、高效率的测量方法。但是GPS也有它自己的不足之处，比如说作业时间长、数据要进行内业处理等

RTK(Real Time kinematic)是GPS发展的最新成果，它弥补GPS原有的不足之处，它不仅具有GPS原有的全天候、高精度、无须光学通视的特点，而且还可以为测量提供实时的定位结果，可以说RTK的产生是GPS应用的拓展，是测量方法的又一次突破，是测量史上的又一次变革。

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由于RTK能够实时提供高精度的定位结果，所以有人又称它为“GPS全站仪”。

2 RTK的基本原理、系统组成及工作条件

2.1、RTK（Real Time Kinematic）技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标——移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。它能够实时的地提供测站点指定坐标系的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站接收到的载波相位，再解求坐标；差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。RTK的关键技术主要是初始整周期模糊度的快速解算数据链的优质完成——实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK工作原理及模式如下图所示。

基准站RTK天线传感器基准站信号发射天线控制器调制解调器移动站RTK天线传感器基准站信号接收天线控制器显示坐标成果调制解调器

2.2、RTK系统主要由三大部分组成：（1）基准站接收机（2）数据链 （3）移动站接收机。

2.3、RTK系统正常工作要具备以下三个条件：第一，基准站和移动站同时接收到5颗以上

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GPS卫星信号；第二，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号；第三，基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。

即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁。否则RTK须重新初始化

3 RTK的技术特点

3.1、工作效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。

3.2、定位精度高：只要满足RTK的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km ）RTK的平而精度和高程精度都能达到厘米级。

3.3、全天候作业：RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视 ，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得史容易史轻松。

3.4、RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强：RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。

3.5、操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。

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4 RTK的局限性和精度保障

当然RTK也有其局限性，会影响到执行上述测量任务的能力。了解其局限性可确保RTK测量成功。

最主要的局限性其实不在于 RTK 本身，而是源于整个GPS系统。如前所述，GPS依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。相对而言，这些信号频率高、信号弱，不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物。事实上，存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生不良影响。有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。因此, GPS不能在室内使用。同样原因, GPS也不能在隧道内或水下使用。有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号。GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差。树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。因此，RTK在林区作业有一定的局限性。这并不是说，GPS RTK只适用于四周对空开阔的地区。RTK测量在部分障碍的地区也可以是有效而精确的。其奥秘是能观测到足够的卫星来精确可靠地实现定位。在任何时间、任何地区，都可能会有7到10颗GPS卫星可用于RTK测量。RTK系统的工作并不需要这么多颗卫星。如果天空中有5颗适当分布的卫星，就可作精确可靠的定位。有部分障碍的地点只要可以观测到至少5颗卫星，就有可能做RTK测量。在树林或大楼四周作测量时，只要该地留有足够的开放空间，使RTK系统可观测到至少5颗卫星，RTK 测量就有成功的条件。

在论述RTK技术的原理时，我们知道,RTK测量的关键是确定整周未知数，能否连续地、可靠地接收基准站播发的信号，是RTK能否成功的决定因素。在实际应用中，来自各方面的干扰，降低了RTK的可靠性和精度。研究表明，为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施:

1、点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于15°(如可以选在最高建筑物的顶楼)。

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2、点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站、微波通道等)，其距离不小于200 m；远离高压电线，距离不小于50m 。

3、点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

4、点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。

5、点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。

除此之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各种误差带来的影响。

5 结束语

随着RTK价格的降低，它将会被测量部门所普及，随着RTK的广泛使用，它将使GPS的应用领域获得极大地扩展，从根本上提高测量的质量和作业效率。但是，对于RTK的不足之处还有待于改进。

参考文献

[1]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

[2]李永胜.GPS-RTK简介及在公路测量中的应用[J].北京测绘.2005，1(5):16-19.

[3]张瑜.RTK测量技术及应用[J].江苏省测绘学会2003学术年会专辑，2003，3（8）:47-49.

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