关于GPS动态测量技术的应用研究

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摘 要：随着全球定位系统（gps）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须通过对RTK测量成果进行质量控制，才能确保观测到成果精确可靠。本文首先叙述了GPS动态测量技术（RTK）的基本工作原理，进而主要就GPS动态测量技术存在的优越性和不足分别进行分析。

关键词：RTK；动态测量；工作原理；优劣性

Abstract: With the development of global positioning system (GPS) the rapid development of technology, RTK (Real Time Kinematic) measurement technology is increasingly mature, RTK measurement technology is gradually applied in surveying and mapping. Compared with the static GPS measurement, RTK measurement is more likely to go wrong, must pass the quality control for RTK measurement results, to ensure that the observed results are accurate and reliable. This paper first describes the GPS dynamic measurement technology (RTK) of the basic working principle, advantages and disadvantages and the main GPS dynamic measurement technology are analyzed.

Key words: RTK; dynamic measurement; working principle; quality

中图分类号：P25

前言

随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。RTK测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在城市测绘中的应用越来越广。实时动态测量技术，这是一种新的常用的GPS测量方法，是以载波相位观测量为根据地实时差分GPS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是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS技术发展中的一个新的突破，具有定点速度快，误差不积累，节省人力，作业效率高等特点，广泛应用于工程测量，地形测图以及图根控制等测绘领域。虽然RTK定位的测量精度可达厘米级，并且置信度可以达到99.9%，但RTK毕竟与静态测量或快速静态测量不同，RTK需要通过初始化过程在野外实时计算出整周未知数。由于初始化过程中存在各种误差，例如数据链传输过程中外界环境电磁波影响产生的误差甚至错误，实际观测中有可能会导致整周未知数虽然求解出来了，但求解答结果不可靠或不正确，因此，要不断精化RTK测量技术，做好动态测量工作，保证测量高质量。

1、GPS动态测量技术的工作原理

GPS动态测量技术（RTK）的基本工作原理可分为两部分阐述。

1.1 实时载波相位差分。众所周知，工作人员在进行GPS定位时，会受到各种各样的因素的影响，为了得到更精确的数据消除误差源，必须将两台以上的GPS接收机同步工作，GPS静态测量是将各个接收机独立工作观测，并使用处理软件进行差分解算。在RTK测量单方面来说，仍然是差分解算，但这是实时的差分计算。所以说，两台接收机（一台流动站，一台基准站）都在观测卫星数据，同时，基准站也通过接收机发射电台，把所接收到的载波相位信号或载波相位差分改正信号发射出去；那么，流动站同时接收卫星信号和电台接收机准站的电台信号；在这两信号的基础上，流动站的固化软件便可以实现差分计算，从而可以精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。

1.2 坐标转换。空间相对位置关系不是我们要的最终值，因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。GPS直接反映的是WGS-84坐标，而我们平时用的则是北京54坐标系或西安80坐标系，所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成我们需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标变转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，在用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。

2、RTK 测量技术的优越性

GPS 动态定位技术（RTK）是否能顺利进行测量作业，其关键因素是无线电数据链电台的本身性能、环境无线电的干扰情况、设备的架设、参考站的选址、发射天线的类型等等有着直接的关系。用GPS动态定位技术在测量方面的优点主要有以下几点。

2.1 定位id精度高，数据安全可靠，无误差积累。跟全站仪等仪器不通，全站仪在经多次搬站后，会存在误差累积的状况，搬的次数越多，累积误差就越大，而RTK就没有，只要工作条件满足RTK的基本要求，且在作业半径范围内，RTK的精度不会发生变化，平面和高程的精度都能达到厘米级。

2.2 作业高效、方便快捷。在一般作业的地形形势下，RTK作业半径为10KM左右，大大的减少了设点需求和测量仪器的搬迁次数，且操作人员少，只需一人，坐标生成速度快，劳动强度低，成本低，效率高。

2.3 操作简单，容易方便，处理数据能力强。只需进行简单的参数设置，移动站便可边走边测得坐标或进行工程放样。数据处理、转换、输入、输出和储存能力强，并能方便、迅速地与全站仪、计算机等进行数据通信。

2.4 不受传统测量通视条件的限制，RTK技术对两点间的光学通视没有要求，只要求满足对天基本通视和电磁波通视，所以，跟传统的测量比，RTK技术所受的外界条件的影响和限制相对来说要小很多，传统测量因地形复杂、地物障碍等因素不能正常通视地区，对RTK来说，只要能满足其基本工作条件，它都能进行作业。

2.5 自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK能使用各种测绘的内、外作业，流动站利用软件控制系统，不用人工去操作就可自动实现多种测绘功能，大大减少了辅助测量工作，降低人为误差，确保作业精度。

3、RTK测量技术存在的不足

RTK测量技术目前已经成为测量界最常用的工具。但是它并不是能胜任所有的测量工作，它也有很多的局限性，影响GPS动态测量技术主要有如下几个方面：

3.1 高程异常问题。RTK作业模式对高程的转换要求必须精确。但是我国现有的高程异常图存在误差，尤其是在山区，误差更大，甚至在有些地区还没有。这就加大了GPS大地高程转换至海拔高程工作的困难，精度也变得不均匀。

3.2 数据链传输过程中的干扰。数据链传输过程中会受到障碍物和高频信号源的干扰，在山区和城市楼房密集区数据链传输信号常会受到限制，使得信号在传输过程中大大衰减，严重影响到作业的半径和作业的精度。

3.3 多路径效应的问题。多路径效应是RTK定位测量误差中最严重的一种误差，在一般的情况下，多路径误差可达在1～5cm，而且多路径误差的大小会发生周期变化，一般以5～20min为周期。同时多路径效应的问题也是GPS静态技术所面临的问题。

3.4 检测环境的影响。在中午电离层的干扰大，共用卫星数较少，GPS常会出现连接不到所需卫星的情况，故导致长时间不能初始化，有时还会直接导致不能进行初始化，进而不能进行动态测量。另外，RTK信号还受其他干扰源的影响，如电视台、反射物、无线电发射站、微波站、高压线等。

3.5 受卫星状况限制。在没有足够的卫星数的情况下，会影响RTK的初始化完成，在城市高楼密布区、高山峡谷的深处、密集森林区卫星信号会长时间被遮挡，严重影响到一天在中可作业时间，且还会导致失锁现象。RTK测量还与数据链的功能及卫星的分布有关，并且测量的结果为独立观测值，缺乏兼容性和检验。

3.6 初始化的时间。初始化是RTK系统能不能进行实时准确定位的最关键一步，在林区、山区及城市楼房密集区等地作业时，会有较多的GPS卫星信号被阻挡，故易引起卫星失锁参考站的数据信号发生中断，初始化的时间较长，有时还需要重新初始化，使得测量的精度和效率降低。

3.7 电台电量不足问题。RTK测量的精度和稳定性都不如及全站仪，特别是稳定性，这主要是因为RTK比较容易受数据链传输状况、卫星状况、天气状况影响的原因。在不同的RTK作业系统中，所测量的精度和稳定性也有较大的差别。此外，GPS动态测量技术还受电离层误差，对流层误差，轨道误差，和天线相位中心的变化等的影响。

4、结束语

综上所述，GPS动态测量技术存在很多优秀的方面，如果能有效的提高工作效率，减少工作人员数量，降低工作成本。但也有很多局限性，像卫星、工作环境等因素都能影响到测量的精度和测量时间。只有理解GPS动态测量技术的忧缺点，才能更好的发挥其优势，考虑到不足，更好的运用到实际工作中去。