工程测量中GPS RTK技术的特点及应用探讨
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摘要：实时动态(RTK)定位技术效率高、精度能达到厘米级精度，已成为快速采集数据及定位的有效工具，因而在工程放样、地形测图等工程中应用广泛。笔者就GPS RTK技术的系统组成及技术特点作以分析，并就该技术在工程测量中的应用方式进行阐述，以供同行参考。
中图分类号：[P258] 文献标识码：A 文章编号：
前言
RTK (Real Time Kinematic)实时动态差分法。它是一种新的常用的GPS测量方法，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是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，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。
1GPS RTK结构组成与技术特点
1.1RTK系统结构组成
RTK技术系统配置包括以下三部分：①基准站接收机；②移动站接收机；③数据链。基准站接收机设在具有已知坐标（也可无已知坐标，地势较高）的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站的坐标观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF (On The FIY)算法快速求解载波相位整周模糊度，通过相对定位模型获取所在点相对于基准点的坐标和精度指标。
1.2RTK技术特点
①作业效率高。在一般的地形地势，高质量的RTK设站一次即可测完4公里半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低。②定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。③降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。④RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大，操作简便，容易使用，数据处理能力强。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。
2GPS RTK技术的优化布测方法
2.1摸清仪器特性
通过在各种条件下反复试验，摸清仪器各种特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的测量误差和作业半径，摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等等以便应用时得心应手。
2.2布控制点
控制点主要布置在制高点上用来设置基准站，以利于接收卫星信号和数据链信号，控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍。为方便对RTK测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点，应在测区内环境不良地区增设一些控制点。控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应。
2.3目标点施测
(1)第一个观测点应是控制点或已知坐标点，以检核第一个RTK测量结果是否精确。实践表明，开始RTK测量的第一个成果检核很重要，如果忽略了这一步，可能造成整天的测量成果作废。它可以发现很多问题，如输入的控制点坐标、坐标系统、设置参数有误。
(2)在整个测量过程中都要注意质量控制检验，方法如上所述，还可利用原有大比例尺地图，检验其山顶点的高程，圈出未能进行RTK测量的盲点。
(3)解决盲点。如果盲点地区至盲的主要原因是数据链信号接收问题，首先可提高基准站和流动站天线的架设高度，流动站天线可采用长垂准杆架设以保证成果精度。若不行再考虑搬站；如果亩点地区至盲的主要原因是接收卫星状况不良，则应该在盲点周围加测根控制点，以便用全站仪补测。
(4)选择作业时段。一般中午时分不易进行RTK测量，或者测量效率很低，所以要早出工，晚收工，利用良好时段进行RTK测量，不仅效率快，而且精度高。
3GPS RTK技术在工程中的应用方式
3.1 各种控制测量
传统的工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了。如果把RTK用于公路控制测量、水利工程控制测量，较大提高了工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
3.2地形测图
过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2～3人操作，需要在拚图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上1～2s，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率。
3.3放样
放样要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。
4GPS RTK技术的主要推广方向
(1)双星系统(GPS+GLONASS双系统导航定位)是GPS RTK发展的热点，它可接收14～20颗卫星左右，是常规RTK所无法比拟的，该技术使GPS设备具备最短时间达到厘米级精度的能力与最强的抗干扰遮挡能力。
(2) VRS (Virtual Reference Station虚拟参考站)正在改善着RTK定位的质量和距离，增强RTK的可靠性，并减少OTF初始化的时间。VRS技术，可以在50km左右时使RTK定位平面位置精度为1～2cm，并无需设立自己的基准站。其应用领域将逐渐涵盖陆地测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、电子和煤气管道、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等诸多领域。
VRS是天宝提出的网络RTK作业模式，现在世界上900%的网络RTK都是应用VRS。
(3) GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的无线产业之一，也是全球发展最快的三大信息产业（蜂窝网Mobilecellular/PCS、因特网Internet/lntranet/Extranet和全球定位系统GPS)之一。GPS与计算机、通信、GIS、RS等技术的集成与融合必将使GPS技术的应用领域得到更大范围的拓广。
参考文献
[1]徐绍铨，张华海，杨志强.GPS测量原理及应削[M].武汉：武汉大学出版社，1998.
[2]周建郑.GPS测量定位技术[M].北京：化学工业出版社，2004.