GPS RTK作业模式原理及其实用技术

GPS的应用范围在不断扩大，精度也越来越高，它的技术动态与实际应用倍受广大测绘工作者关注。我校GPS研究中心于1997年购买了具有RTK的徕卡350GPS测量系统，先后在兖州矿业集团控制测量、变形动态监测；连徐、京福高速公路、徐州观音机场、三环路勘界、放样、机械化施工作业指挥系统等多项重点工程中得到了很好的应用，也积累了丰富的使用经验，下面结合工程实际就GPSRTK技术原理及其实际应用中的技术问题作一下介绍。

2GPSRTK测量原理及应用特点GPS可以提供精确的三维坐标，24小时免费使用，全天候作业，卫星信号覆盖全球，不受用户数量限制，已经成为军用、民用导航、定位的主要技术，也是对地观测获取地面空间基础地理信息的重要技术手段之一。特别是近几年来高精度的实时动态定位技术RTK的发展，GPS已能够实时地提供观测站点在任意坐标系中的三维数据，且达到了厘米级的高精度，使其迅速成为快速采集数据与定位的高效工具。实时动态测量RTK是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在RTK作业模式下，站通过数据链调制解调器，将其观测值及站点的坐标信息用电磁信号一起发送给流动站。流动站不仅接收来自理，瞬时地给出精度为厘米级（相对于站）的流动站点位坐标。GPSRTK外业如所示：流动站可在一固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周未知数的搜索求解，在整周未知数解集固定下来以后，即可进行每一历元的实时处理。只要能保持四颗以上卫星相位观测值的连续锁定和它们具有必要的几何图形强度，则测程在10km（本系统精度保证范围）以内的流动站可随时给出厘米级精度的点位成果。RTK作业模式使得三维实时动态数据处理、定位、输出、成图成为可能，还能缩短作业观测时间，避免外业返工，保证成果质量。另外，RTK作业模式下，站毋须专人操作，可以用来做局部地区高精度自动化实时定位服务系统。

鉴于上述因素，广大测绘科技工作者尽力拓宽RTK的应用范围，GPS仪器制造商也大力开发、研制更符合实际应用的RTKGPS系统。近几年的工程实际证明，GPSRTK技术是易用、高效的。

3GPSRTK技术的实施3.1RTK技术的软件环境RTK要求实时提供流动站相对于站的三维定位成果，并完成相应的坐标变换和投影计算，因此必须有一个强有力的软件系统来实现上述任务。软件系统还应是向下兼容的、开放的，可随时由用户自行进行版本升级，并且可与其它计算机、测量仪器通信。针对不同的工程应用，用户需自己开发、升级软件系统，一个高效的软件环境会极大地提高工作效率，提高定位精度。RTK技术及其放样功能的软件系统是基于Windows的，值得一提的是它的控制器系统软件中设计的COGO（坐标几何）功能，它大大地方便了用户的使用，尤其在勘界、放样、自动化施工指挥系统中优势独具。

3.2RTK技术的硬件环境RTK作业模式能否顺利进行，取决于数据链的稳定性与作用距离是否满足要求，其中的关键是调制解调器的配置与RTK的数据处理，设备的架设与数据链如所示。

由信号流程可知影响数据链的稳定性，进而降低作业精度的因素有如下几方面：GPS信号发射、接受天线的性能；（）设备的架设，尤其是GPS天线与电台发射、接受天线的架设；因此，在作业时一定注意：离干扰源。由于站电台采用高频发射，信号近直线传播，折射能力弱。为了避开遮挡信号的障碍物，如地物、建筑物、大树等，站发射电台应尽可能地高于接收机。GPS卫星距地高度约2020Ckm，地面接受到的信号很弱，远离电磁干扰才能保证信号的接受效果。

电台的设置一定要符合规范。大于15W的电台的发射天线距GPS信号接受天线至少2米，*好6米，避免它们之间的互干扰。在实际操作中，*易被忽略的重要因素：供电电缆、数据电缆造成的干扰。一般，这些电缆的配置稍线圈又形成了新的干扰源。

性。与本系统配套的是鞭状天线，其长度与信号发射频率满足下式时，发射功率*大：L天线长度，X载波长度，c传输速率，f载波频率更改电台频率时，必要时需调整发射天线长度。一般，出厂时，天线长度是按*小频率要求设置的，当发射频率增大时，要相应地缩短天线长度。

调制解调器的配置。调制解调器的作用就是高效、保真地发射、接受定位信号，形成站与流动站间的安全信号通道。调制解调器发送数据的格式有标准形式，各厂家也自行定义数据格式。经验之谈是只要RTK作业模式难以达到其规定的预期值，应立即找商家协商。

3.3RTK作业模式下的数据的初始化处理GPS动态定位应用中存在两大问题，一是确定初始整周模糊度，二是在运动过程中周跳的修复。确定GPS初始整周模糊度与周跳修复的解算方法种类很多，这也是目前许多学者研究的课题长1多数人乐意巍它们圈起ic塾滓这样的通于篇幅这里不再赘述http://wwxnki.netRTK整周未知数搜索技术的数据处理是其实施的先决条件。在实时状态下，它是在控制器内进行的，根据*小二乘原理序贯递推算法处理每一个历元的观测值，其关键之处在于实时地搜索并**地判定相位观测值的初始整周未知数。常用搜索方法有：消去法、模糊度函数法、整周未知数快速逼近（FARA）法。由于FARA方法采用到当前时刻为止的所有历元观测值，同时会自动追加观测值，验证解集的可靠性，因而不出现解发散问题，是目前较为成熟的方法。

4GPSRTK作业模式的精度分析GPSRTK技术采用求差法降低了载波相位测量改正后的残余误差及接收机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，使测量精度达厘米级，系统标称精度1cm+2ppm.工程实际表明该精度值是可靠的。下面分析一下影响它精度的主要原因与误差估计：（）可见卫星个数、卫星空间分布、卫星信号的发射与接收效果的影响。以连徐高速公路施工施样为例，在不计干扰情况下，卫星个数对精度影响如表1.表1卫星可见数对误差的影响统计可见卫星数放样点数平均值（m）标准差（mm）*小值（m）*大值（m）由表1可知随着可见卫星数目的减少，标准差呈加趋势，但均在作业允许范围内。

（1）测量外业容易受到地形、气候、季节、森林覆盖等诸多因素的影响，使测量精度、作业速度都受到很大限制，在能见度低、难通视的情况下，有些测量作业根本无法进行。而GPS实时动态测量（RTK）技术的出现，较圆满地解决了5GPSRTK作业模式小结这个问题。

GPSRTK技术具有如下优点：（2）定位精度较高，数据也安全可靠，测站间无需通视。在没有现成基准控制点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区和由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区能进行快速的高精度定位计算。

综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化，可胜任各种测绘内、外业。站能够为不同用户提供多路多项信息输出服务，流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动进行整周未知数的动态初始化解算使辅助测量工作极大减少，作业精度也完全由它来控制、记录并呈现给指挥管理中心，从而使自动化作业指挥系统的建立成为可能。

操作简便，容易使用，对作业条件要求不高，数据输入、处理、存储能力强，与计算机、其他测量仪器通信方便。随着微电子技术的进步，RTKGPS接收机的性能不断改进，使用起来相当容易，在任何条件下都能操作。集成化RTKGPS接收机己经问世，例如Leica公司推出的MC1000GPS接收机，能实时地提供每秒10次厘米级GPS定位成果输出，而点位成果的时间延迟不超过0.03s.（）作业人员少，定位速度快，综合效益高。GPS接收机仅需一个人操作，在待测点呆上一、二秒即可获得该点坐标。其他辅助费用少，外业效率高；内业便于利用计算机处理，集成度高，节省人力。

在实际作业过程中，GPS的RTK技术还存在如下问题与不足之处：卫星可见度问题。当卫星系统位置对美国是*佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值；另外，在高山峡谷深处及密集森林区，高楼林立的闹市区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。

高程异常值问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，在有些地区还是空白这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

（4）初始化的问题。在山区、一般林区、闹市区等作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这时候，就得权衡是否选用初始化速度较快的GPS测量系统，以减少等待完成初始化的时间。

（6）电力供应问题。需要多块大容量存电电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏或偏远作业区受到限制。

6结语进一步提高劳动生产率和成果的可靠性，它使得GPS定位技术扩大了应用范围。（2）数据链的传送和数据的实时处理是GPSRTK技术实施的关键，如何布置调制解调器，解决站与流动站间的信号传播与接收是使用者首先应考虑的问题。（3）GPSRTK技术的强大功能与潜力尚未充分挖掘，与GIS集成、实时控制、综合自动化作业是其热点研究领域我们有理由相信它在有关行业的应用会更广泛、深入。