RTK技术的发展前景分析

王鹤龙

摘    要： RTK作为一项适用范围广并且十分普及的技术，在不同方向上更新变化以适应工作需要，在未来依然有着广阔的发展前景。

关键词：RTK;惯导;星基

1  引言

在新产品的冲击下，传统RTK技术已有被逐渐取代的趋势，本文通过对RTK技术的几种发展方向的分析，探讨了RTK技术在未来不同情境下应用的可行性。

2  时代技术背景

RTK载波相位差分技术能够在野外实时得到厘米级定位精度，为工程放样、地形测图，各种控制测量极大地提高了作业效率。无论是技术进步促进的信息获取，还是实际需求倒逼的技术进步，当下数据获取方式的多样化已是事实。在技术爆炸的今天，刚刚大展拳脚的RTK技术遇到了更强劲的对手，无人机、Lidar等一系列新式的数据采集方式显得更受欢迎，只是在数据精度上暂时还不如RTK。在这样的背景下，我们也迎来了不断充实、求变的“新”RTK。

3  RTK技术的发展现状

我国的北斗已经发展到北斗三，今年会有更多的北斗三卫星发射上天，已经完成组网进行全球授时定位服务;美国的GPS刚刚在去年底完成了首颗第三代卫星发射，据称其定位精度是当前的3倍，抗干扰能力是当前的8倍。这表明第三代GPS卫星组网也已经开始;俄罗斯的格洛纳斯在最新的格洛纳斯-K卫星上天后，在轨卫星数量达到31颗，标志着其重新恢复全球信号覆盖;欧洲的伽利略系统也在经历初期进展缓慢后，进入了卫星发射高峰期，在2018年再次发射了4颗卫星，使在轨卫星总数达到26颗，开始提供全球导航服务。

在去年12月21日，自然资源部发布公告停止提供北京54坐标系和西安80坐标系基础测绘成果，开始全面推行使用2000国家大地坐标系。由于WGS84坐标系统和CGCS2000坐标系统扁率差异微乎其微，而各个省级CORS基站发射的是标准的经纬度84坐标，RTK测量的时候选择2000坐标系统，不需要任何参数，直接测出来的2000坐标和真值的2000坐标相差在厘米级。因此在大多数情境下，可以用RTK直连省级CORS网络使用，方便快捷。

4  几种RTK的发展方向

4.1  倾斜RTK

莱卡在2016年发布了免校正倾斜测量RTK，一时轰动业内。使用无校正倾斜RTK免去了对中过程，外业工作效率大大提高。不过目前倾斜测量技术主要依靠的是地磁解算，很容易受到磁场的影响，使用场景十分有限，测量结果也不可控，用户在使用过程中会发现信号受干扰情况很普遍。

4.2  星基RTK

RTK配上星基增强服务，对于海洋测量、无网络信号的陆地测量有明显优势。星基增强系统通过地球静止轨道卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。凡是能收到卫星信号的地区，也能收到专用卫星播发的差分信号，从而实现全球实时定位的需求。我国海洋资源丰富，随着习总书记“一带一路”合作倡议的广泛开展，海洋测绘必将成为一个新的技术增长点。

4.3  多系统RTK

随着美国GPS系统开始现代化、俄罗斯格洛纳斯系统再次满星座运行、欧盟伽利略系统加速组网以及我国北斗系统正式向全球提供定位服务，多系统集成已成为RTK技术的重要发展方向。单一的GPS系统已经不能满足日常测量的需求，多系统互相辅助增强显然是现阶段民用领域较为容易实现的并且降低成本的方法，因此，多系统联合将带来一次RTK产品的全面换代升级。

4.4  软件RTK

现在手机的计算能力越来越强，软件接收机的发展从技术上讲已具备条件，从大众市场的需求上讲，低成本、简易型软件RTK也更受欢迎。接收机的硬件外形越来越小，已达到了便携的目的，解算设备从手部到手机的过度已经开始，例如国内华测导航的LandStar7和中海达的HI-RTK两款软件，实现了安卓客户端的开发应用，并且有云端连接选项，可通过云端实时查询接收机的信号接收状态，逐步淡化软硬件的物理隔阂。可以预见的是，RTK软件并入手机终端是一个发展方向。搭上手机行业发力发展的顺风车，利用终端CPU的强劲计算能力以及丰富的硬件设备辅助，软件RTK的发展一片光明。

4.5  惯导RTK

倾斜测量使测量拥有了更多可能，但不如意的地方还是有很多：高楼、树木的信号遮挡;无线电台、信号塔的电磁干扰;甚至于小小的手机的使用，都有可能影响RTK的测量精度。惯导RTK使得倾斜测量适应环境的能力和测量效率以及测量数据精度得到较大提升，使测量更简便。具体到技术层面，INS与GPS的组合通常有三种模式。其中深组合可以利用INS测量值、加速度、速度等信息对接收机的信号跟踪进行辅助，是属于信号处理层次的底层融合，对于高动态、复杂环境下的接收机性能提高有帮助，已在军事、科研领域应用。随着MEMS、IMU的成本下降及性能提高，未来惯导与RTK的结合将不仅仅是用来做姿态改正、短时间的卫星失锁连续测量，更有价值的是通过深组合带来信号更好、更稳定、精度更高的RTK接收机。

4.6  视觉RTK

随着像无人机、无人车等自动化载体的流行，RTK与视觉定位技术的融合已成为趋势。视觉增强型RTK利用GNSS与视觉系统的数据在误差源的相互独立性和排他性的特点，将高精度GNSS定位和计算机视觉技术深度融合、在数据层上让二者互相校正，从而保证了在各种复杂场景中实现厘米级精度定位。主要的使用场景就是当下火热的无人机和自动驾驶。比如大疆在去年发布的PHANTOM 4 RTK小型多旋翼高精度航测无人机就是利用视觉校准和RTK技术结合进行工作的。可见，未来无人机和自动驾驶技术比拼的不是飞行和驾驶，而是视觉和定位。

5  多系统联合下的GNSS

RTK技术说到底是一项GNSS定位技术，目前完善的体系包括我国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略，小范围的区域定位系统还有日本准天顶和印度的IRNSS。卫星导航定位系统是国民经济信息化建设的重要组成部分和推进力量，直接关系到国家安全、经济发展。单个卫星导航系统在某些情况下并不能完全保证用户定位、定时、导航服务的可靠性，特别是在高楼林立的城市地区，导航信号很容易被遮挡，有时还会产生多路径效应。而所有的卫星导航系统都分为民用和军用服务两部分。在民用领域完全可以通过不同系統之间相互辅助增强，达到提高精度和信号覆盖范围的目的。显然，兼容互操作可以无限制地使用多星座提供的多频观测信息，减弱对单一星座的依赖，降低电磁干扰、地形遮挡、电离层闪烁等因素导致的性能下降或服务中断风险。当然，这并不容易，比如到2017年底中美才签署《北斗与GPS信号兼容与互操作联合声明》。而且，对于卫星定位系统，信号兼容需要考虑空间参考坐标、时间参考系统、载波频率、空间导航信号等多方面因素。这是一个未来发展的大趋势，并不是一蹴而就的小课题，我们怀着和平美好的愿望，希望早日实现多系统联合下的GNSS。

6  结束语

综合上述分析，RTK技术在新时代有很大的潜力可供挖掘，它并不会被其他的技术手段完全取代，而是成为新技术的一部分。伴随数据采集方式的多样性，RTK技术也在不断进步，并参与到各种生产生活方式中去。因此，RTK技术在未来依然拥有广阔的发展前景。

参考文献：

[1] 谢世杰，涂国志.星基RTK系统[J].测绘通报，2004（10）.

[2] 余小龙，胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报，2007（10）.