摘要：RTK（RealTimeKinematic）即實時動態GPS測量技術的出現為測量作業帶來了新發展。本文通過工程實例介紹了RTK在地形測量中的應用，并對其作業流程和性能，精度等進行了分析。
關鍵詞：RTK；地形測量；精度
一、引言
常規的GPS測量方法，如靜態、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（Realtimekinematic）方法[1]，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，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，歷時不到一秒鐘。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。在整周末知數解固定后，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[2]。
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，這在無線電上不難實現。
二、RTK作業流程
2.1儀器準備
野外數據采集使用南方    S82型雙頻實時動態測量系統。其雙頻定位平面精度為±2㎝+2×10ppm，其圖根控制平面精度為±5㎝，高程精度為1∕10H（H為基本等高距）。含接收機1臺，移動站接收機1臺，數據鏈發射臺1個，數據鏈接收臺1個，基準站中增益天線及電纜線各1根，PISON掌中電腦2臺，普通測桿2根。雙頻定位精±2+2ppm，基準站功耗12w，發射電臺功率分為高頻和低頻，即低頻2w或高頻35w，移動臺靜態功耗12w。
2.2坐標系數及作業參數
地形測量是在地方獨立坐標系上進行的，這就有在WGS-84坐標和地方獨立坐標系的坐標轉換問題。由于RTK作業要求實時給出當地坐標，這使得坐標轉換工作非常重要。根據工程需要，求定測區轉換參數可按如下步驟進行：首先在測區以靜態方式布設均勻分布的高等級GPS控制點，獲得各點的WGS-84坐標和地方坐標系下的坐標，利用同一點的兩種坐標求出轉換參數。
注意，為提高轉換參數的可靠性，最好選用4個以上的點進行觀測和求解，這樣可通過多種點的匹配方案，檢驗轉換參數的正確性及精度。
2.3基準站的選址
數據傳輸系統由基準站發射電臺和流動站接收電臺組成，它們是實時動態測量的關鍵設備。穩定可靠的數據鏈是動態初始化的前提。保持高質量的數據傳輸，可以減少整周模糊度的解算時間，大大提高工作效率，所以基準站的安置是順利實施RTK作業的關鍵之一，基準站安置應滿足下列條件：
（1）基準站可設立在有精確坐標的已知點上，也可設在未知點上（最好設在已知點上）。施工前先聯測已知點進行檢核，確保采集數據準確可靠。
（2）基準站安置應選擇地勢較高，視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，最好選擇在測區內高大建筑物上。
（3）為防止數據鏈的丟失和多路徑效應，基準站周圍應無GPS信號反射物（大面積水面、大型建筑物、車輛擁擠的街區等）、200m范圍內無高壓電線、電視臺、無線電發射臺等干擾源。
2.4RTK實施步驟
野外作業時，基準站安置在選定的控制點上，連接好各條鏈接線，打開接收機輸入點號、天線高、WGS-84的已知坐標；設置完畢檢查接受的GPS衛星數≥5顆。檢查電臺發射指示燈是否正常，基準站設置完成。流動站選擇與基準站電臺相匹配的電臺頻率，檢查電臺接收指示燈是否正常，檢查接收衛星顆數≥4顆，流動站可開始測量任務。先聯測1-2個已知控制點，評定測量精度，滿足設計要求后開始測量任務。實時動態RTK數據處理相對簡單，外業測量采集的實測坐標通過手簿的數據傳輸系統，直接下載到計算機內。經整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。
三、應用實例
3.1測區概況
我院于2008年承擔小店工業區10平方公里1：1000數字化地形圖測繪工程。該測區地勢相對平緩，高大建筑物較少，適宜RTK進行地形測量。
3.2確定轉換參數
為保證轉換參數的精度，共選取了5個高等級GPS控制點，通過多種點的匹配方案，選擇殘差較少，精度較高的一組參數為最終啟用參數。

3.3內業數據處理
內業數據處理使用南方CASS成圖軟件。通過手簿的數據傳輸系統，直接下載到計算機內，然后用南方CASS成圖軟件將數據轉換成CAD的dwg圖形文件，結合現場草圖繪制出最終地形圖。
3.4精度分析
RTK技術作業在國家規范中沒有相關的精度指標規定，通過常規測量手段作業與之進行相關精度指標對比，核定其精度指標及限差。通過與全站儀測量坐標的對比檢查，得出重復測量同觀測點的坐標較差統計表和相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離較差統計表。
重復測量同觀測點的坐標較差統計表（單位/m）



相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離較差（單位/m）

根據以上兩表來看，RTK作業采集的數據完全滿足國家規范中數字化地形圖測量的技術標準。
四、認識和體會
通過RTK在生產實踐中的應用，筆者得出以下幾點認識和體會：
（1）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4km半徑的測區，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，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，提高了勞動效率。
（2）定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內（一般為4km），RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。
（3）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”，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。
（4）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。
（5）操作簡便，容易使用，數據處理能力強。只要在設站時進行簡單的設置，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。
與此同時RTK-GPS技術還存在著一些不足之處：
（1）受衛星狀況限制。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，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區，城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用RTK測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決。
（2）天空環境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。我們在洛陽新安縣進行測繪時就發現，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午11點之前和下午3：30分之后，RTK測量結果準而快，而中午時分，很難進行RTK測量。可見選擇作業時段的重要性。
（3）數據鏈傳輸受干擾和限制，導致作業半徑比標稱距離小的問題。RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。另外，當RTK作業半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機型在不同的環境又各不相同）時，測量結果誤差超限，所以RTK的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究都證明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。
（4）初始化能力和所需時間問題。在山區、一般林區、城鎮密樓區等地作業時，GPS衛星信號被阻擋機會較多，容易造成失鎖，采用RTK作業時有時需要經常重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。
（5）高程異常問題。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相當困難，精度也不均勻。
（6）電量不足問題。RTK耗電量較大，需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續作業，在電力供應缺乏的偏遠作業區受到限制。
（7）穩定性問題。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。不同質量的RTK系統，其精度和穩定性差別較大。要解決此類問題，首先要選用精度和穩定性都較好的高質量機種，然后，要在布控制點時多布置一些“多余”控制點，作為RTK測量成果質量控制的檢核點。
綜上所述，在當前測量科學技術大發展的時期，隨著用戶對各種測繪成果的要求越來越高，高效率和高質量已成為我們生存的根本。采用RTK進行測量無疑是一種有效的手段，它在實際測量過程中有很多優秀的方面，同時也有些技術限制，只有了解了它的優劣所在，才能避其害，把有益于實際生產的技術帶到工程應用中來。
總之，隨著RTK技術的日臻完善，它必將在各種工程測量當中發揮越來越重要的作用。

參考文獻
[1]周忠謨，易杰軍，周琪.GPS衛星測量原理與應用[M].北京：測繪出版社，1997.
[2]錢天爵，瞿學林.全球定位系統及其應用[M].北京：海潮出版社，1993.
[3]劉基余，李征航.全球定位系統原理及其應用[M].北京：測繪出版社，1995.
[4]魏二虎，黃勁松.GPS測繪[M].武漢：武漢大學出版社，2002.
[5]徐紹銓，張華海.GPS測量原理及應用[M].武漢：武漢大學出版社，2002.
 

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