《RTK技术的优点及发展前景》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RTK技术的优点及发展前景（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1GPS RTK 技术的优、缺点及发展前景余小龙 （甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730030）摘摘 要要：GPS RTK 技术是 GPS 测量技术发展的一个新突破，其蕴含着巨大的技术潜力，本文主要 介绍了 RTK 技术的优、缺点，并根据工程经验提出了克服缺点提高工作效率的优化施测 方法。同时依据 GPS 技术的发展趋势，介绍了 RTK 技术的发展前景。关键词关键词： GPS RTK；动态定位；前景1、RTK 定位技术简介定位技术简介实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分 GPS 技术，它是 GPS 测量技术发展的一个新突破，在测绘、交通、能源、城市建
2、设等领域有着广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常由于粗差造成的不合格观测成果需要返工来重测。目前，解决这一问题的主要方法就是延长观测时间、选择作业窗口来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了 GPS 测量的工作效率。实时动态定位（RTK）系统由基准站、流动站和数据链组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输
3、设备接收基准站上的观测数据，流动站上的计算机（手簿）根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。RTK 定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和 GIS（地理信息系统）前端数据采集。我公司从 2003 年开始在连(云港) 霍（尔果斯）国道主干线宝鸡至天水段、天水至武山段、嘉峪关至安西段等高速公路勘测中全面采用了 RTK 技术，从地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面
4、线测量等工作都采用了 RTK 作业，测量 12 秒，精度就可以达到 13cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。2、RTK 技术的测量速度技术的测量速度2RTK 技术的测量速度主要由初始化所需时间决定，初始化所需时间又由接收机的性能、能接收卫星的数量和质量、RTK 数据链传输质量等因素决定，快速解算技术越先进、在一定的高度角下接收到的卫星数量越多、质量越好，RTK 数据链传输质量越高，初始化所需时间就越短。在良好的环境条件下，RTK 初始化所需时间一般为几秒；不良环境条件下（尚满足 RTK 基本工作条件），技术先进的接收机也需要几分钟到十几分钟，而技术性能较差
5、的接收机则很难完成初始化工作。如拓普康公司生产的 hiper 双频 RTK在良好的环境条件下，初始化所需时间为 25 秒，在不良环境条件下，仍能较顺利地进行 RTK 测量，主要是这种机型拥有先进的共同跟踪专利技术和多路径抑制专利技术，即使测区内有一部分地方环境恶劣，其观测值点位中误差仍在2.5cm 以下。3、RTK 测量成果的质量控制测量成果的质量控制根据接收机厂家提供的技术资料，RTK 确定整周模糊度的可靠性为 9599%， RTK比静态 GPS 还多出一些影响可靠性的因素，如数据链传输过程中易受到外界无线电信号和多路径因素的影响等。因此和 GPS 静态测量相比，RTK 测量更容易出错，必须
6、进行质量控制。根据这几年的生产实际，我们总结出 RTK 质量控制方法主要有以下几方面：（1）与已知点检核比较即在布测控制网时用静态 GPS 或全站仪多测出一些控制点，批量作业前用 RTK 测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。（2）重测比较每次初始化成功后，先重测 12 个已测过的 RTK 点，确认无误后才进行 RTK 测量。（3）电台变频实时检测设置两个基准站，每个基准站采用不同的频率发送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个算结果，比较这些结果就可判断接受机的稳定性。以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所
7、以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件，实际应用价值不大。4、RTK 技术的优点技术的优点4.1 作业效率高作业效率高在一般的地形地势下，高质量的 RTK 设站一次即可测完 5km 半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，每个放样点只需要停留 12 秒，就可以完成作业。在公路路线测量中，每小组（34 人）每3天可完成中线测量 68km，在中线放样的同时完成中桩抄平工作。若用其进行地形测量，每小组每天可以完成 0.81.5km2的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。4.2
8、定位精度高，没有误差积累定位精度高，没有误差积累只要满足 RTK 的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为 5km），RTK 的平面精度和高程精度都能达到厘米级，且不存在误差积累。4.3 全天候作业全天候作业RTK 技术不要求两点间满足光学通视，只需要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，因此和传统测量相比，RTK 技术作业受限因素少，几乎可以全天候作业。4.4 RTK 作业自动化、集成化程度高作业自动化、集成化程度高RTK 可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持操作手簿，内置专业软件可自动实现多种测绘功能，减少人为误差，保证了作业精度。5、RTK 技术的缺点技术的缺点虽然 GPS 技术有
9、着常规仪器所不能比拟的优点，但经过多年的工程实践证明，GPS RTK 技术存在以下几方面不足。5.1 受卫星状况限制受卫星状况限制GPS 系统的总体设计方案是在 1973 年完成的，受当时的技术限制，总体设计方案自身存在很多不足。随着时间的推移和用户要求的日益提高，GPS 卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要，当卫星系统位置对美国是最佳的时候，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。例如在中、低纬度地区每天总有两次盲区，每次 2030 分钟，盲区时卫星几何图形结构强度低，RTK 测量很难得到固定解。同时由于信号强度较弱，对空遮挡比较严重的地方，GPS 无法正常应
10、用。5.2 受电离层影响受电离层影响白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。根据我们的实际经验，每天中午 12 点13 点，RTK 测量很难得到固定解。5.3 受数据链电台传输距离影响受数据链电台传输距离影响数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响，如高大山体、建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。另外，当4RTK 作业半径超过一定距离时，测量结果误差超限，所以 RTK 的实际作业有效半径比其标称半径要小，工程实践和专门研究都证明了这一点。5.4 受对空通视环境影响受对空通视环境影响在山区、林区、城镇
11、密楼区等地作业时，GPS 卫星信号被阻挡机会较多，信号强度低，卫星空间结构差，容易造成失锁，重新初始化困难甚至无法完成初始化，影响正常作业。5.5 受高程异常问题影响受高程异常问题影响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分布图在有些地区，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比较困难，精度也不均匀，影响 RTK 的高程测量精度。5.6 不能达到不能达到 100%的可靠度的可靠度RTK 确定整周模糊度的可靠性为 9599%，在稳定性方面不及全站仪，这是由于 RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘
12、故。6 6、提高、提高 RTKRTK 作业效率的方法作业效率的方法虽然 RTK 有如上所述的缺点，但经大量的工程实践证明，其优点远远大于缺点，况且有些优点是常规测量方法所不能比拟的，因而 RTK 测量技术才风靡全国，在测量界引发了一场技术革命。针对 RTK 技术的缺点，通过这几年的工程实践，我们摸索出下面几条优化施测方法，以在目前的 GPS 技术水平下弥补 RTK 技术的不足，提高作业效率。6.1 摸清仪器特性摸清仪器特性通过在各种条件下反复试验，摸清仪器各种特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的测量误差和作业半径，摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等等，以便应用时得心应手。
13、6.2 注重基准位置的选择注重基准位置的选择基准站尽量设置在点位较高的控制点上，以利于接收卫星信号和数据链信号，控制点间距离应小于 RTK 有效作业半径的 2/3 倍。为方便对 RTK 测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点，应在测区内环境不良地区增设一些控制点，控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应。6.3 合理选择作业时间合理选择作业时间5通过下载星历文件了解测区的卫星分布情况，编制可行的作业计划，尽量避开卫星信号盲区和中午电离层干扰大的时段，提高作业效率。6.4 选择合理的作业流程选择合理的作业流程在植被茂密等对空通视受限的测区，通过采用常规方法和 GPS 技术相结合生产流程可以极大
14、地提高生产效率。如辅助相应的软件，RTK 可与全站仪联合作业，充分发挥RTK 与全站仪各自的优势。7 7、RTKRTK 技术的前景技术的前景7.1“GPS 现代化现代化”的实现的实现针对 GPS 系统存在的问题，美国专门成立的“GPS 执行委员会”和“GPS 顾问委员会”专门负责 GPS 的现代化工程，并与 1997 年 8 月 26 日、1997 年 11 月 6 日、1998年 1 月 20 日和 1998 年 2 月 20 日先后召开 4 次国际会议，讨论了 GPS 的现代化问题，根据会议结果，在 2010 年前美国对 GPS 系统可能采取如下重大改进措施。（1）GPS 系统的在轨卫星数
15、量由目前的 24 颗增加到 30 颗，即 6 个轨道平面中的每个平面均匀分布 5 颗卫星，卫星的可见性将大大提高，全球任何地方、任何时间都不再有盲区，卫星空间图形结构强度提高。观测前再无需制定观测计划，RTK 测量将是真真的全天候。（2）增加第三个民用频道（L3C）发播不保密的民用信号。如果此方案付诸实施，对 GPS 静态和 RTK 测量来说，将是受益匪浅，再无需解算整周相位模糊度值，GPS 测量成果的精度、可靠性、困难地段 RTK 初始化能力将大大提高。7.2 随着俄罗斯随着俄罗斯“GLONASS”定位系统的完善以及伽俐略（定位系统的完善以及伽俐略（Galileo）导航定位系统的）导航定位系
16、统的建成，将出现多种空间资源共用的局面，联合系统将比单建成，将出现多种空间资源共用的局面，联合系统将比单 GPS 系统表现更加卓越，系统表现更加卓越，RTK 技术的使用范围将更广，效率将更高技术的使用范围将更广，效率将更高GLONASS 是前苏联从 80 年代初开始建设的与美国 GPS 系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成，现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS 系统的卫星星座由 24 颗卫星组成，均匀分布在 3 个近圆形的轨道平面上，每个轨道面 8 颗卫星。第一颗 GLONASS 卫星于 1982 年 10 月 12 日发射升空，由于前苏联的解体和俄罗斯经济不景气，GLONASS 系统发展缓慢，卫星缺乏维护，截止 2001 年1 月 10 日为止只有 10 颗 GLONASS 卫星正在运行。为进一步提高 GLONASS 系统的定位能力，开拓广大的民用市场，俄政府计划用 4年时间将其更新为 GLONASS-M 系统。内容有：改进一些地面测控站设施；延长卫星的6在轨寿命到 8 年；增
