浅谈GPS RTK测量技术的定义及特点

2016-04-14高元勇丁小兵

地球 2016年4期

关键词：流动站电台接收机

■高元勇丁小兵

（新疆疆海测绘院新疆乌鲁木齐830000）

浅谈GPS RTK测量技术的定义及特点

■高元勇丁小兵

（新疆疆海测绘院新疆乌鲁木齐830000）

GPS RTK技术的出现，使得野外实时碎步测量精度达到cm级别，GPS RTK测量具有实时性好、精度高、速度快等优点，是常规测量所无法比拟的，因此，GPS RTK已经作为快速采集数据与定位的有效工具。本文就GPS RTK的定义，组成及特点阐述自己的观点。

GPS RTK 定义组成特点

1　GPS RTK技术定义

RTK（Real Time Kinematic）实时动态定位技术又称为实时动态载波相位差分技术，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站基线向（△X，△Y，△Z）；基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGS～84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x,y和海拔高h,这个过程称为GPS～RTK定位过程。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功，从而减少冗余观测量，缩短观测时间。GPS～RTK定位技术主要用于地形测量和工程放样。

2　GPS RTK系统的组成

2.1GPS接收机

能够测量到载波相位的GPS接收机都能够进行RTK定位，但是为了能够快速、准确地求解整周模糊度，双频接收机比较理想。

2.2无线电数据链

（1）基准站发射电台：一般为外置的独立电台。（2）流动站接收机电台：可以内置在GPS接收机内部，也有外置的独立电台。（3）中继站电台：可以转发接收站信号，既接收基准站发送的信号又将接收信号发送出去，一般是外置的独立电台。

2.3电子手簿

由于GPS～RTK作业过程中，流动站一般将GPS接收机和电台背在背部，为了便于建立测量项目、建立坐标系统，设置测量形式和参数、设置电台参数，实时阅读、存储测量坐标和精度，设计放样坐标或参数、指导放样等，一般采用手持式的电子手簿比较方便。

3　GPS RTK的特点

3.1RTK的误差

RTK测量的误差同GPS静态定位的误差类似，一般可分为两类，即同测站有关的误差和同距离有关的误差。同测站有关的误差包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素影响等，其中多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多路径误差主要取决于GPS接收机天线周围的环境，若天线周围有高大建筑物或大面积水面时，将对电磁波有强反射作用。即天线接收的信号不但有直接从卫星发射的信号，还有从反射体反射的电磁波，这两种信号叠加作为观测量，将对定位产生误差。通常情况下，多路径误差为1cm～5cm，高反射环境下可达10cm以上，且多路径误差的大小常以5min～20min的周期性变化，这对RTK测量将产生严重影响。同距离有关的误差包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差约为1ppm，对小于10km的基线而言，其影响可忽略不计。电离层误差同太阳黑子活动密切相关，一般情况下，其影响小于5ppm，而当太阳黑子爆发时，影响值可达50ppm。对流层误差同点间距离高差有关，一般影响在3ppm以内。

3.2整周模糊值

研究表明，确定整周模糊值（即初始化）的时间和可靠性，是RTK系统能否实时、准确定位的关键。在正常条件下，地面两点间距离较短时，系统能够模拟电离层和对流层的影响，其残余影响也可通过对观测值的差分处理予以消除或减弱。但电离层的电子含量会随时空发生剧烈变化，卫星信号到达基准站和移动站时将有不同的影响，且基线越长，影响越大。当电离层剧烈活动时，将导致周跳或失锁，即使是短基线也需要大大延长观测时间才能固定整周模糊值，严重时（如太阳黑子爆发时）甚至根本不能固定整周模糊值。实践证明，确定整周模糊值的时间和可靠性取决于4个因素，即接收机类型（单频或双频）、所观测卫星的个数、移动站至基准站的距离及RTK软件质量。通常情况下，双频RTK初始化的时间比单频RTK要短，而且同距离的关系不大；解算时采用的卫星数越多，RTK的精确性和可靠性越好；移动站至基准站的距离越近，其初始化的时间也越短。

3.3数据链

RTK测量时，移动站需要实时地接收基准站播发的差分信号（观测值及相关数据），才能求待定点的位置。因此，能否连续地、可靠地接收基准站播发的信号，是RTK能否成功的决定因素，也是制约RTK测程的关键因素。目前，RTK系统的数据传输多采用超高频（UHF）、甚高频（VHF）和高频（HF）播发差分信号。而在测绘领域的RTK应用中，无论单频或双频RTK系统，当前国际上都采用UHF电台播发差分信号，其频率大约为450～470MHz，波长约60cm左右。根据电磁波理论，它的传输属于一种视距传输（准光学通视），其最大的传输距离是由接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素决定的。因此，在沙漠、戈壁、平原、海域等地区，其RTK定位的效果比较好；而在城区、山地、森林等地区进行RTK测量时，其成果质量及作业效率将受到一定影响，甚至无法进行作业。

3.4坐标系统

RTK与GPS静态测量一样，GPS接收机接收的卫星信号经数据处理后，首先得到的是地心坐标系（WGS～84）坐标，而我们在测绘工程中应用的通常是地方坐标系的平面直角坐标（1980西安坐标系、1954北京坐标系或地方坐标系等），其高程一般为正常高。因此，为了把WGS～84坐标系坐标转换为地方坐标系坐标，作业前首先要根据坐标转换关系式求解两种坐标系间的转换参数。