GPS、RTK与普通测量关系的探讨

张剑峰

（河北省地矿局测绘院，河北 廊坊 065000）

一、GPS工作原理

GPS（Global Positioning System）是由美国国防部开发的星基无线电导航系统，亦称为GPS卫星全球定位系统，分空间部分（GPS星座）、地面控制部分（地面监控系统）和用户设备部分（GPS接收机），使用民用的C/A码和军用的P（Y）码；由距地表2万多公里的24颗工作卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，且每个轨道面有4颗，轨道倾角为55°。卫星工作时会不断地发射用0和1二进制码元组成的伪随机码导航电文，用户接收到导航电文，提取卫星时钟时间与自身时钟时间的对码量测计算出卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处的空间的三维坐标位置，用距离交会的方法求得该点三维坐标（X，Y，Z），从而得到用户在WGS-84大地坐标系中的位置等信息。GPS实现了自动化、智能化，既有抗干扰性、保密性、安全性，又有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力。

二、RTK工作原理

RTK（Real Time Kinematic）实时动态差分法，是GPS技术的发展，其基本形式是一台基准站接收机和多台流动站接收机（含1台）以及用于数据传输的电台；它采用了载波相位动态实时差分方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。原理是将基准站的坐标、高程、坐标系转换参数、水准面拟合参数等数据输入GPS控制手簿，流动站接收机在若干个待测点上设置，可处于静止状态，也可处于运动状态；基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，不断地对可见卫星进行观测并接收卫星信号；基准站接收机通过发射电台把其所接收的载波相位差分改正信号发射出去，流动站接收机将接收到的卫星信号和基准站的电台信号传输到GPS控制手簿，经过固化软件对接收到的两种基本信号进行实时差分计算与平差处理，精确地计算出基准站与流动站的空间相对位置，实时得出本站厘米级定位结果的坐标和高程。

三、GPS、RTK技术在测量中的优先性对比

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。以前的测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，RTK的出现为大地测图、电子线路控制测量、水利工程控制测量及各种控制测量、工程放样等方面带来了新发展，极大地提高了外业作业效率，可以在现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，减轻内业处理的量和外业返工率，是GPS应用的标志性里程碑。

利用RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制，要尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响，实在无法回避的地方，采用增加观测时间、增加观测次数的方法以提高观测精度。其操作简便、机动性强，工作效率比传统方法提高数倍，大大节省人力，不仅能够达到一级导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。但为了得到高精度的测量数据，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差，必须求出适合于本地区的坐标系统转换参数和水准面模型转换参数。

空间相对位置关系转换到实际坐标系中，由于受大气中电离层、对流层的影响，高程在精度上稍差些，应采取平面与高程分开转换的方法：

1.平面坐标转换，将RTK的坐标成果投影成平面坐标，再用已知控制点通过程序计算二维相似变换的四参数即得。

2.高程则利用已知水准点计算出该测区待测点的高程异常，采用平面拟合或二次曲面拟合求出他们的高程；也可利用区域地球重力场模型使GPS大地高为水准高。

传统的地形测量、地籍及工程控制测量等采用三角网、导线网方法进行施测，主要是用几何法和解析法等数学算法，这样不仅费时费力，而且在外作业不能确定精度，可能造成精度分布不均匀。若采用常规的GPS测量，在外业测量过程中不能实时知道定位精度，需回到内业处理，若精度不合要求，必须返测。而采用RTK来进行测量，能够实时知道定位精度，达到测图技术要求。用普通方法测图，首先要做图根控制点，须两两相互通视，然后在其上架好仪器，配备3名人员进行测量；采用RTK时，只需一人进行测图即可，而且两点间不需要能通视，很大程度提高了外业的工作效率。在应用工程方面，比如施工放样，用普通方法需两个能通视的已知点及两名人员前后左右移动目标，直到放出一个合格的点位时止；采用RTK放样时，只需把已知的点位坐标输入到电子手簿中，按照它提醒放样点的位置走到那里即可，既迅速又方便，且精度很高，放样效率会大大提高。比如公路管线地形图的测设时，可以结合管线探测仪和RTK技术，利用现代科技方法准确快速完成测图。

四、GPS、RTK技术发展展望

随着RTK技术的发展，现在部分仪器标定误差为平面1cm+1ppm，在处理技术和数据传输技术方面，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距、相位观测值）和已知数据传输给流动站接收机，一般采用9600的波特率通过无线电传输数据。随着科学技术的不断发展，VRS（Virtual Reference Station）虚拟参考站，这种技术不需要基准站，半径50公里左右范围平面精度达到1-2cm左右，初始化的时间（OTF）减少，提高了可靠性。RTK技术由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS，一些城市建立起CORS系统，大大提高了RTK的测量范围；在数据传输方面也有了更快的进展，由原来的电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。

在我国部分厂商己生产出双星定位导航系统，可同时接收近20颗左右的卫星，定位精度达到厘米级。GPS技术结合计算机系统、通信系统、地理信息系统等技术跨跃式的发展，会应用到我们生活中的每个角落，提高工作质量，丰富物质文化生活。