RTK技術在測繪領域的應用
1 引言
RTK測量技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術。眾所周之，GPS測量工作模式有靜態、快速靜態和動態相對定位等，但用這些測量模式時，如果不與數據傳輸系統相結合，其定位結果均需要通過測后處理而獲得。由于測量數據需要在測后處理，所以上述幾種測量模式均無法實時地給出觀測站的定位結果，而且也不能對基準站和用戶觀測數據的質量進行實時地檢驗，因而難以避免在后處理數據時發現不合格的測量成果，造成需進行返工重測的情況。
過去解決這一問題的措施，主要是延長測量時間，以獲得大量的多余數據，來保障測量結果的可靠性，但是這樣大大降低了測量工作的效率。
實時動態測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其測量數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的測量數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站測量數據的質量和解算結果的收斂情況，從而可實時地判定解算結果是否成功，以減少冗余測量，縮短測量時間。
2 RTK技術原理
RTK（Real Time Kinematic）實時動態定位技術，是一項以載波相位觀測為基礎的實時差分GPS測量技術，是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機同時接收衛星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基站，其它作為移動站。在RTK作業模式下，基站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數據鏈接收來自基站的數據，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，同時給出毫米級的定位結果，歷時不到一秒鐘。移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。在整周未知數解固定后，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，移動站可隨時給出毫米級定位結果。RTK技術受外界條件限制小，只要滿足工作條件，就能快速、高精度地完成定位作業。
3 RTK測量系統的構成
RTK測量系統主要由三部分構成：
● GPS接收設備；
● 數據傳輸系統；
● 軟件系統。
3.1 GPS接收設備
RTK測量系統中，至少包含二臺接收機，分別安置在基站和移動站上。基站應設在測區內地勢較高，視野開闊，且坐標已知的點上。在城區可考慮設在樓頂平臺上。作業期間，基站的接收機應連續跟蹤全部可見GPS衛星，并將測量數據通過數據傳輸系統，實時地發送給移動站。
3.2 數據傳輸系統
數據傳輸系統，由基站的發射臺和移動站的接收臺組成，它是實現實時動態測量的關鍵設備。
數據傳輸設備要充分保證傳輸數據的可靠性，其頻率和功率的選擇主要決定于移動站與基站間的距離、環境質量及數據的傳輸速度。
3.3 支持實時動態測量的軟件系統
軟件系統的質量與功能，對于保障實時動態測量的可行性測量結果的精確性與可靠性，具有決定性的意義。
4 RTK產品的測試
此次測試的產品為北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）提供的XW-GPS1010、XW-GPS1020 RTK系統。此款產品為該公司自主研發，采用單頻GPS載波測量技術，作用距離在2Km內靜態水平精度為±3mm+1ppm、高程精度為±6mm+1ppm，標稱精度可與雙頻RTK系統相媲美，屬于RTK中的高端產品。
XW-GPS1020指標：
實驗采用定點測試的方法，主要觀察RTK系統在城區實際應用中的有效性及測量精度。由于在城區高樓林立、高空遮擋嚴重，對GPS信號的干擾較為嚴重，容易造成無法接受衛星信號及樓體對衛星信號的多路徑干擾等等，因此，我們的測試地點選為某高層寫字樓的樓頂，這樣能盡量減少遮擋及多路徑干擾等問題。
測試分為5米定點距離測試和變換定點距離測試兩種：
5米定點距離測試：基站固定不動，在以基站為圓心5米為半徑的圓周上隨機取三個點，將移動站分別放在三個點上進行測量。
變換定點距離測試：基站固定不動，以基站為原點分別取距其2米、3米、4米三個點，將移動站分別放在這三個點上進行測量。
1）架裝天線
在測試場地隨機選取一較為開闊地點固定基站，為方便量取所需距離，使用測量型三腳架架起天線，只要保證天線的相位中心與三腳架支點垂直于一線即可。
北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）提供的GPS接收天線為單頻零相位測量型天線，其相位中心即為天線圓盤的中心點，因此我們只需手動調整三腳架為水平即可。
2）連接RTK基站——-XW-GPS1010。
該接收機為直流12V供電，一般蓄電池都可以支持，在室外使用非常方便。接收機的外殼上有兩個天線接口，一個連接數傳電臺的天線，另一個為連接GPS接收天線。
3）連接RTK移動站——-XW-GPS1020。
在事先測量好距離的點上，用相同的方法固定好天線。然后依次接好數傳電臺的天線和GPS接收天線。XW-GPS1020也是直流12V供電。
基站與移動站之間的最大距離為兩公里
4）數據的讀取
此套RTK系統的上位機軟件為北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）專為該系統自主研發，顯示數據齊全，圖形清晰，簡單易操作。
上電后基站會把衛星誤差數據通過無線傳輸傳到移動站，移動站通過內部算法優化后輸出精確的位置信息。這一階段需要幾分鐘的解算過程，解算完成后，上位機軟件中的GPS狀態位將從開始的不可用變為“RTK OK”，即表示為現在的輸出數據已達到RTK精度的要求。
測試結果
（注：由于量取距離是手工操作，所以允許存在少許誤差，不影響最后的測試結果。）
1）5米定點距離測試
點1
點2
點3
2）變換定點距離測試
結果：在2米距離處系統的水平精度為1.93mm
結果：在3米距離處系統的水平精度為3.11mm
結果：在4米距離處系統的水平精度為1.49mm
5 結論
經過實際測試，北京星網宇達科技開發有限公司的XW-GPS1010/1020 RTK系統定位精度可達到甚至優于其標稱精度。其卓越的可靠性、靈活的組網方式、快捷的本地服務網絡，為我國高精度測量設備的研發、推廣及應用提供了有力的保障。
編輯：何世平
RTK測量技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術。眾所周之，GPS測量工作模式有靜態、快速靜態和動態相對定位等，但用這些測量模式時，如果不與數據傳輸系統相結合，其定位結果均需要通過測后處理而獲得。由于測量數據需要在測后處理，所以上述幾種測量模式均無法實時地給出觀測站的定位結果，而且也不能對基準站和用戶觀測數據的質量進行實時地檢驗，因而難以避免在后處理數據時發現不合格的測量成果，造成需進行返工重測的情況。
過去解決這一問題的措施，主要是延長測量時間，以獲得大量的多余數據，來保障測量結果的可靠性，但是這樣大大降低了測量工作的效率。
實時動態測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其測量數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的測量數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站測量數據的質量和解算結果的收斂情況，從而可實時地判定解算結果是否成功，以減少冗余測量，縮短測量時間。
2 RTK技術原理
RTK（Real Time Kinematic）實時動態定位技術，是一項以載波相位觀測為基礎的實時差分GPS測量技術，是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機同時接收衛星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基站，其它作為移動站。在RTK作業模式下，基站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數據鏈接收來自基站的數據，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，同時給出毫米級的定位結果，歷時不到一秒鐘。移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。在整周未知數解固定后，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，移動站可隨時給出毫米級定位結果。RTK技術受外界條件限制小，只要滿足工作條件，就能快速、高精度地完成定位作業。
3 RTK測量系統的構成
RTK測量系統主要由三部分構成：
● GPS接收設備；
● 數據傳輸系統；
● 軟件系統。
3.1 GPS接收設備
RTK測量系統中，至少包含二臺接收機，分別安置在基站和移動站上。基站應設在測區內地勢較高，視野開闊，且坐標已知的點上。在城區可考慮設在樓頂平臺上。作業期間，基站的接收機應連續跟蹤全部可見GPS衛星，并將測量數據通過數據傳輸系統，實時地發送給移動站。
3.2 數據傳輸系統
數據傳輸系統，由基站的發射臺和移動站的接收臺組成，它是實現實時動態測量的關鍵設備。
數據傳輸設備要充分保證傳輸數據的可靠性，其頻率和功率的選擇主要決定于移動站與基站間的距離、環境質量及數據的傳輸速度。
3.3 支持實時動態測量的軟件系統
軟件系統的質量與功能，對于保障實時動態測量的可行性測量結果的精確性與可靠性，具有決定性的意義。
4 RTK產品的測試
此次測試的產品為北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）提供的XW-GPS1010、XW-GPS1020 RTK系統。此款產品為該公司自主研發，采用單頻GPS載波測量技術，作用距離在2Km內靜態水平精度為±3mm+1ppm、高程精度為±6mm+1ppm，標稱精度可與雙頻RTK系統相媲美，屬于RTK中的高端產品。
實驗采用定點測試的方法，主要觀察RTK系統在城區實際應用中的有效性及測量精度。由于在城區高樓林立、高空遮擋嚴重，對GPS信號的干擾較為嚴重，容易造成無法接受衛星信號及樓體對衛星信號的多路徑干擾等等，因此，我們的測試地點選為某高層寫字樓的樓頂，這樣能盡量減少遮擋及多路徑干擾等問題。
測試分為5米定點距離測試和變換定點距離測試兩種：
5米定點距離測試：基站固定不動，在以基站為圓心5米為半徑的圓周上隨機取三個點，將移動站分別放在三個點上進行測量。
變換定點距離測試：基站固定不動，以基站為原點分別取距其2米、3米、4米三個點，將移動站分別放在這三個點上進行測量。
1）架裝天線
在測試場地隨機選取一較為開闊地點固定基站，為方便量取所需距離，使用測量型三腳架架起天線，只要保證天線的相位中心與三腳架支點垂直于一線即可。
北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）提供的GPS接收天線為單頻零相位測量型天線，其相位中心即為天線圓盤的中心點，因此我們只需手動調整三腳架為水平即可。
該接收機為直流12V供電，一般蓄電池都可以支持，在室外使用非常方便。接收機的外殼上有兩個天線接口，一個連接數傳電臺的天線，另一個為連接GPS接收天線。
在事先測量好距離的點上，用相同的方法固定好天線。然后依次接好數傳電臺的天線和GPS接收天線。XW-GPS1020也是直流12V供電。
4）數據的讀取
此套RTK系統的上位機軟件為北京星網宇達科技開發有限公司（www.3dgps.com.cn）專為該系統自主研發，顯示數據齊全，圖形清晰，簡單易操作。
上電后基站會把衛星誤差數據通過無線傳輸傳到移動站，移動站通過內部算法優化后輸出精確的位置信息。這一階段需要幾分鐘的解算過程，解算完成后，上位機軟件中的GPS狀態位將從開始的不可用變為“RTK OK”，即表示為現在的輸出數據已達到RTK精度的要求。
（注：由于量取距離是手工操作，所以允許存在少許誤差，不影響最后的測試結果。）
1）5米定點距離測試
點1
2米
3米
4米
5 結論
經過實際測試，北京星網宇達科技開發有限公司的XW-GPS1010/1020 RTK系統定位精度可達到甚至優于其標稱精度。其卓越的可靠性、靈活的組網方式、快捷的本地服務網絡，為我國高精度測量設備的研發、推廣及應用提供了有力的保障。
編輯：何世平
文章版權歸西部工控xbgk所有，未經許可不得轉載。
服務咨詢