摘要：RTK（RealTimeKinematic）即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)為測(cè)量作業(yè)帶來(lái)了新發(fā)展。本文通過(guò)工程實(shí)例介紹了RTK在地形測(cè)量中的應(yīng)用，并對(duì)其作業(yè)流程和性能，精度等進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：RTK；地形測(cè)量；精度
一、引言
常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Realtimekinematic）方法[1]，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果[2]。
RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)（偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無(wú)線電上不難實(shí)現(xiàn)。
二、RTK作業(yè)流程
2.1儀器準(zhǔn)備
野外數(shù)據(jù)采集使用南方    S82型雙頻實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。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(jī)1臺(tái)，移動(dòng)站接收機(jī)1臺(tái)，數(shù)據(jù)鏈發(fā)射臺(tái)1個(gè)，數(shù)據(jù)鏈接收臺(tái)1個(gè)，基準(zhǔn)站中增益天線及電纜線各1根，PISON掌中電腦2臺(tái)，普通測(cè)桿2根。雙頻定位精±2+2ppm，基準(zhǔn)站功耗12w，發(fā)射電臺(tái)功率分為高頻和低頻，即低頻2w或高頻35w，移動(dòng)臺(tái)靜態(tài)功耗12w。
2.2坐標(biāo)系數(shù)及作業(yè)參數(shù)
地形測(cè)量是在地方獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就有在WGS-84坐標(biāo)和地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。由于RTK作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。根據(jù)工程需要，求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)可按如下步驟進(jìn)行：首先在測(cè)區(qū)以靜態(tài)方式布設(shè)均勻分布的高等級(jí)GPS控制點(diǎn)，獲得各點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用同一點(diǎn)的兩種坐標(biāo)求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。
注意，為提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的可靠性，最好選用4個(gè)以上的點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)和求解，這樣可通過(guò)多種點(diǎn)的匹配方案，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性及精度。
2.3基準(zhǔn)站的選址
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)和流動(dòng)站接收電臺(tái)組成，它們是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)初始化的前提。保持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以減少整周模糊度的解算時(shí)間，大大提高工作效率，所以基準(zhǔn)站的安置是順利實(shí)施RTK作業(yè)的關(guān)鍵之一，基準(zhǔn)站安置應(yīng)滿足下列條件：
（1）基準(zhǔn)站可設(shè)立在有精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)在未知點(diǎn)上（最好設(shè)在已知點(diǎn)上）。施工前先聯(lián)測(cè)已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，確保采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
（2）基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇地勢(shì)較高，視空無(wú)遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋域的地方，最好選擇在測(cè)區(qū)內(nèi)高大建筑物上。
（3）為防止數(shù)據(jù)鏈的丟失和多路徑效應(yīng)，基準(zhǔn)站周?chē)鷳?yīng)無(wú)GPS信號(hào)反射物（大面積水面、大型建筑物、車(chē)輛擁擠的街區(qū)等）、200m范圍內(nèi)無(wú)高壓電線、電視臺(tái)、無(wú)線電發(fā)射臺(tái)等干擾源。
2.4RTK實(shí)施步驟
野外作業(yè)時(shí)，基準(zhǔn)站安置在選定的控制點(diǎn)上，連接好各條鏈接線，打開(kāi)接收機(jī)輸入點(diǎn)號(hào)、天線高、WGS-84的已知坐標(biāo)；設(shè)置完畢檢查接受的GPS衛(wèi)星數(shù)≥5顆。檢查電臺(tái)發(fā)射指示燈是否正常，基準(zhǔn)站設(shè)置完成。流動(dòng)站選擇與基準(zhǔn)站電臺(tái)相匹配的電臺(tái)頻率，檢查電臺(tái)接收指示燈是否正常，檢查接收衛(wèi)星顆數(shù)≥4顆，流動(dòng)站可開(kāi)始測(cè)量任務(wù)。先聯(lián)測(cè)1-2個(gè)已知控制點(diǎn)，評(píng)定測(cè)量精度，滿足設(shè)計(jì)要求后開(kāi)始測(cè)量任務(wù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，外業(yè)測(cè)量采集的實(shí)測(cè)坐標(biāo)通過(guò)手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)。經(jīng)整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來(lái)。
三、應(yīng)用實(shí)例
3.1測(cè)區(qū)概況
我院于2008年承擔(dān)小店工業(yè)區(qū)10平方公里1：1000數(shù)字化地形圖測(cè)繪工程。該測(cè)區(qū)地勢(shì)相對(duì)平緩，高大建筑物較少，適宜RTK進(jìn)行地形測(cè)量。
3.2確定轉(zhuǎn)換參數(shù)
為保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度，共選取了5個(gè)高等級(jí)GPS控制點(diǎn)，通過(guò)多種點(diǎn)的匹配方案，選擇殘差較少，精度較高的一組參數(shù)為最終啟用參數(shù)。

3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理使用南方CASS成圖軟件。通過(guò)手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)，然后用南方CASS成圖軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD的dwg圖形文件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)草圖繪制出最終地形圖。
3.4精度分析
RTK技術(shù)作業(yè)在國(guó)家規(guī)范中沒(méi)有相關(guān)的精度指標(biāo)規(guī)定，通過(guò)常規(guī)測(cè)量手段作業(yè)與之進(jìn)行相關(guān)精度指標(biāo)對(duì)比，核定其精度指標(biāo)及限差。通過(guò)與全站儀測(cè)量坐標(biāo)的對(duì)比檢查，得出重復(fù)測(cè)量同觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表和相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)和RTK實(shí)測(cè)距離較差統(tǒng)計(jì)表。
重復(fù)測(cè)量同觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表（單位/m）



相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)和RTK實(shí)測(cè)距離較差（單位/m）

根據(jù)以上兩表來(lái)看，RTK作業(yè)采集的數(shù)據(jù)完全滿足國(guó)家規(guī)范中數(shù)字化地形圖測(cè)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
四、認(rèn)識(shí)和體會(huì)
通過(guò)RTK在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，筆者得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì)：
（1）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測(cè)完4km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。
（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km），RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。
（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。
（4）RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。
（5）操作簡(jiǎn)便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它測(cè)量?jī)x器通信。
與此同時(shí)RTK-GPS技術(shù)還存在著一些不足之處：
（1）受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對(duì)美國(guó)是最佳的時(shí)候，世界上有些國(guó)家在某一確定的時(shí)間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，使一天中可作業(yè)時(shí)間受限制。產(chǎn)生假值問(wèn)題采用RTK測(cè)量成果的質(zhì)量控制方法可以發(fā)現(xiàn)。作業(yè)時(shí)間受限制可由選擇作業(yè)時(shí)間來(lái)解決。
（2）天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。我們?cè)诼尻?yáng)新安縣進(jìn)行測(cè)繪時(shí)就發(fā)現(xiàn)，在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)上進(jìn)行RTK測(cè)量，上午11點(diǎn)之前和下午3：30分之后，RTK測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)而快，而中午時(shí)分，很難進(jìn)行RTK測(cè)量。可見(jiàn)選擇作業(yè)時(shí)段的重要性。
（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制，導(dǎo)致作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問(wèn)題。RTK數(shù)據(jù)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(hào)源的干擾，在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受到限制。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過(guò)一定距離（一般為幾公里，每種機(jī)型在不同的環(huán)境又各不相同）時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小很多，工程實(shí)踐和專門(mén)研究都證明了這一點(diǎn)。解決這類問(wèn)題的有效辦法是把基準(zhǔn)站布設(shè)在測(cè)區(qū)中央的最高點(diǎn)上。
（4）初始化能力和所需時(shí)間問(wèn)題。在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時(shí)，GPS衛(wèi)星信號(hào)被阻擋機(jī)會(huì)較多，容易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時(shí)有時(shí)需要經(jīng)常重新初始化。這樣測(cè)量的精度和效率都受影響。解決這類問(wèn)題的辦法主要是選用初始化能力強(qiáng)、所需時(shí)間短的RTK機(jī)型。
（5）高程異常問(wèn)題。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國(guó)現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得相當(dāng)困難，精度也不均勻。
（6）電量不足問(wèn)題。RTK耗電量較大，需要多個(gè)大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)受到限制。
（7）穩(wěn)定性問(wèn)題。由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。不同質(zhì)量的RTK系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)定性差別較大。要解決此類問(wèn)題，首先要選用精度和穩(wěn)定性都較好的高質(zhì)量機(jī)種，然后，要在布控制點(diǎn)時(shí)多布置一些“多余”控制點(diǎn)，作為RTK測(cè)量成果質(zhì)量控制的檢核點(diǎn)。
綜上所述，在當(dāng)前測(cè)量科學(xué)技術(shù)大發(fā)展的時(shí)期，隨著用戶對(duì)各種測(cè)繪成果的要求越來(lái)越高，高效率和高質(zhì)量已成為我們生存的根本。采用RTK進(jìn)行測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段，它在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中有很多優(yōu)秀的方面，同時(shí)也有些技術(shù)限制，只有了解了它的優(yōu)劣所在，才能避其害，把有益于實(shí)際生產(chǎn)的技術(shù)帶到工程應(yīng)用中來(lái)。
總之，隨著RTK技術(shù)的日臻完善，它必將在各種工程測(cè)量當(dāng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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