GPS-RTK技术在测绘中的应用与分析
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摘要：现在GPS已经完全融入我们的生活，gps-rtk技术也越来越完善,GPS-RTK的接收设备也已经市场化。但在发展其高效率、高精度、可靠性的巨大优势的同时还需要我们不断探索来克服其自身的盲点和局限性,从而创造出更完善、先进的测绘技术。
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
前言：RTK（Real Time Kinematic）技术是在GPS技术基础上发展而来的实时载波相位差分测量技术。以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK测量技术在野外实时就能够得到厘米级的精度。因为它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
一、GPS-RTK的原理概述
RTK是高精度的GPS测量,它的技术采用的是载波相位观测值来实现实时动态定位。RTK测量系统一般由GPS接收设备、数据传输设备和软件系统三部分组成。GPS接收设备包括一台基准站GPS接收机和多台流动站GPS接收机;数据传输系统由发射电台与流动站的接收电台组成,它是实现动态测量的关键设备;软件系统具有实时解算出流动站三维坐标的功能。RTK测量技术是以载波相位观测为根据的实时差分GPS测量技术,其基本工作原理是将一台接收机作为基准站,另一台或几台接收机作为流动站,基准站和流动站同时接收同一时刻、同一GPS卫星发射的信号,通过无线电传输设备将基准站所接收的观测数据实时地发送给流动站接收机,流动站接收到基准站转输的观测数据以后,根据相对定位原理,实时地解算整周模糊度未知数,并计算显示用户站的三维坐标及精度。在测绘生产作业中,要保证RTK测量正常有序进行并且得到良好的控制精度就必须要掌握RTK运用的关键环节,解决可能出现的问题。
二、RTK技术的实践应用
RTK最主要的技术是处理数据和传输数据,由于在定位时基准站实时传输观测数据给流动站接收机的数据量很大,因此一般都要求9600的波特率。现在的RTK技术发展为WADGPS即广域差分系统,在一些城市慢慢建立起CORS系统后。RTK的测量范围也逐渐变广。也不再使用电台传输而是GPRS和GSM网络传输,这样数据传输的效率和范围也直接提高了。现在RTK主要应用在控制测量、碎部测量、点放样、房屋轴线放样、建筑物规划放线、地籍测绘等。
2.1控制测量
以前的测量方法占用了大量时间与人力，比如三角点、导线网、像控点，而且测量出来的结果也是误差较大,受视野局限性大,测量精度分布不均匀。再后来用的GPS静态测量或者伪动态方法又缺乏实时定位的特点,遇到不合格的测量返工重测的也比较常见。发展至今的RTK技术的控制测量在满足精度要求的同时,还可以实时定位,不需要不停地观测,控制测量变的易操作了。
2.2地形测图
在测区先建立图根控制点,然后架上全站仪或者经纬仪外加小平板来测图,是过去旧的测地形图的方法。后来发展到利用大比例尺测图软件进行测图,使用的是外业电子平板测图。这些方法都有一定的缺点,不仅需要至少两到三人来操作,而且还要在测站上测四周的地貌,然后再进行拼图,精度不合格时还需返测。现在使用RTK技术,在作业时,只需一人携带仪器到需要测的碎部点测图,由专业的软件接口导出地形图,不需要点间通视便可测得实时点位精度。目前,RTK技术已广泛应用在水域测量、管线测量、房产测量等方面。测量过程可以缩短到几秒几分钟。
2.3放样
放样即采用仪器把设计好的点位在实际的地方上标注出来,放样同样有自己的发展进步阶段。不管是经纬仪交会放样还是全站仪边角放样都需要两至三个人在放样出一个设计点位时来回移动目标,在这种操作过程中也麻烦多多,受点间通视影响,效率低。而采用RTK技术,工作人员只需要将设计好的点位输人到电子手薄中,GPS接收器就可以告之放样点的位置。RTK放样主要有7步:1.测前准备;2.站的架设;3.建立新工程;4.输人放样点;5.测量校正;6.放样点;7.数据检查。整个操作不仅方便,参与的劳动力少,而且精度高。
三、RTK的研究与探索
3.1RTK应用局限性与解决办法
RTK技术应用中有一定的不稳定性,要先了解它的局限性产生的原因才能保证RTK测量准确。
从前面的RTK工作原理可以知道,RTK技术依靠的是GPS卫星发射的信号,这个信号源于两万多公里高空之上。该信号有频率高、信号弱、易受干扰阻挡的特点。因此GPS接收器和卫星之间有许多不可预测的障碍继而对测量造成一些不良影响。在房屋内也会屏蔽掉GPS信号,所以室内一般不能使用RTK。在天空中有5颗分布适当的卫星的情况下,便可精确定位。在有障碍的地区做RTK测量,只要可以观测到5颗以上的卫星,就有可能成功测量。
另一方面,由于GPS信号源覆盖不全也会产生一些随机的错误假值,再加上数据链传输时会受到城市里高大建筑或者高大山体的干扰,削弱信号影响作业半径。所以需要解决的问题还有许多,在测量前要进行一定的测量控制方法。
在实际作业中,避免误差常用的方法为:a.已知点检核比较法、b.重测比较法、c.电台变频实时检测法、d.提高基准站布置点。a方法就是将测出的已知控制点的坐标检测比较,改正其中隐藏的问题。b方法需要重新测已经测过的点,没有问题的情况下再进行RTK测量,这种方法可解决因信号源随机产生假值的问题。c方法要求多个基准站用不同的频率发送数据,而流动站这边接收基准站发来的改正数据就要用变频开关选择性的分别接收,也就是说,只要有两个以上结算结果就可以判断其正误。d方法主要是为了加大作业的有效半径,将基准站布置在检测区最高点可以避免周围的电磁波干扰,最好是在平顶楼房的房顶,这样视野才开阔。
3.2RTK的未来推广方向
GPS-RTK的一大发展热点就是“双星系统”,也就是说它可以接收14一20颗卫星,这样RTK技术就可以有更强的抗干扰,使测量到厘米级精度用更短的时间。
另一大热点就是虚拟参考站,主要是关于RTK技术的可靠性和初始化时间的缩短,未来可以取消基准站,平面位置精度达1一2Cm。
四、总结
如今的GPS卫星导航是国际无线产业之一,是全球发展最快的三大信息产业,是现在测绘的主要技术手段。RTK实时测量技术有着明显的优势,主要在野外作业时更加方便。RTK的主要技术特点为:工作效率高、定位精度高、全天候作业、测量自动化和集成化程度高、操作简单易于使用,所以才引来各地形测绘人员的青睐。但RTK技术也有着自己的缺陷,要精确测出目标的位置、境界、面积就要不断探索克服它的缺陷,取利避害才能使它更广泛更充分的利用,为科学社会进步做出贡献。