【文章內容簡介】 TK 的技術特點，通過對比分析，說明了 RTK 用于點放樣、曲線放樣及界址點的測量的可行性進行及優(yōu)點，得出了 RTK 是可以用于上述測 量的結論。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 4 第 2 章 RTK的基本原理、誤差來源 及作業(yè)過程 RTK 的基本原理、誤差來源及作業(yè)過程 高精度的 GPS 測量必須采用載波相位觀測值， RTK 定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在 RTK 作業(yè)模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS 觀測數據，并在系統(tǒng)內組成差分觀測值進行實時處理，同時給 出厘米級定位結果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持5 顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。 RTK 系統(tǒng)可應用于兩項主要測量任務，即測點定位和測設放樣。 RTK 的基本原理、系統(tǒng)組成及工作條件 RTK（ Real Time Kinematic）技術是以載波相位測量與數據 傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分 GPS 測量技術，是 GPS 測量技術發(fā)展里程中的一個標志，是一種高校的定位技術。它是利用 2臺以上 GPS 接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站，另一臺用來測定未知點的坐標 —— 移動站，基準站根據該點的準確坐標求出其到衛(wèi)星的距離改正數并將這一改正數發(fā)給移動站，移動站根據這一改正數來改正其定位結果，從而大大提高定位精度。它能夠實時的地提供測站點指定坐標系的三維定位結果，并達到厘米級精度。 RTK 技術根據差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的 載波相位修正值發(fā)送給移動站，改正移動站接收到的載波相位，再解求坐標；差分法是將基準站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進行求差解算坐標。 RTK 的關鍵技術主要是初始整周期模糊度的快速解算數據鏈的優(yōu)質完成 —— 實現高波特率數據傳輸的高可靠性和強抗干擾性。 RTK工作原理及模式如下圖 所示。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 5 圖 RTK 工作原理 RTK 系統(tǒng)主要由三大部分組成： （ 1） 基準站接收機 （ 2） 數據鏈 （ 3） 移動站接收機。 RTK 系統(tǒng)正常工作要具備以下三 個條件：第一，基準站和移動站同時接收到 5顆以上 GPS 衛(wèi)星信號；第二，基準站和移動站同時接收到衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號；第三，基準站和移動站要連續(xù)接收 GPS 衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號。 即移動站遷站過程中不能關機，不能失鎖。否則 RTK 須重新初始化。 RTK 的誤差來源和測量精度 RTK 定位的誤差，一般分為兩類 :同儀器和干擾有關的誤差 。同儀器和干擾有關的誤差 :包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素；同距離有關的誤差 :包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。對固定基準站而言，同 儀器和干擾有關的誤差可通過各種校正方法予以削弱，同距離有關的誤差將隨移動站至基準站的距離的增加而加大，所以 RTK 的有效作業(yè)半徑是有限制的（一般為幾公里）。同距離有關的誤差的主要部分可通過多基準站技術來消除。但是其殘余部分也隨著移動站至基準站距離的增加而加大。 (1)同儀器和干擾有關的誤差 天線相位中心變化 ：天線的機械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化， 基準站 基準站信號發(fā)射天線 RTK 天線 傳感器 控制器 調制解調器 移動站 基準站信號接收天線 顯示坐標成果 RTK 天線 傳感器 控制器 調制解調器 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 6 可使點位坐標的誤差一般達到 3~5cm。因此，若要提高 RTK 測量的定位精度，必須 進行天線檢驗校正。 多路徑誤： 多路徑誤差是 RTK 測量中最嚴重的誤差，其大小取決于天線周圍的環(huán)境，一般為幾厘米，高反射環(huán)境下可超過 lOcm。多路徑誤差可通過選擇地形開闊、不具反射面的點位、采用具有削弱多徑誤差的各種技術的天線、基準站附近鋪設吸收電波的材料等措施予以削弱。 信號干擾 ：信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達裝置、高壓線等，干擾的強度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。為了削弱電磁波幅射副作用，必須在選點時遠離這些干擾源，離無線電發(fā)射臺應超過 200 米，離高壓線應超過 50米。 氣象因素 ：快速運動中的氣象峰面，可能導致觀測坐標的變化達到 12dm。因此，在天氣急劇變化時不宜進行 RTK 測量。 (2)同距離有關的誤差 軌道誤差 ：目前軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為 1 106? ，就短基線 (lOkm)而言，對結果的影響可忽略不計，但是對 20~30km 的基線則可達到幾厘米。 電離層誤差 ： 電離層引起電磁波傳播延遲從而產生誤差，其延遲強度與電離層的電子密度密切相關，電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季節(jié)變化、晝夜不同而變化，白天為夜間的 5倍，冬季為夏季的 5倍，太陽黑子活動最強時為最弱時的 4 倍。利用下列方法可使電離層誤差得到有效的消除和削弱 :利用雙頻接收機將 L1 和 L2 的觀測值進行線性組合來消除電離層的影響：利用兩個以上觀測站同步觀測量求差（短基線 ） ；利用電離層模型加以改正。實際上 RTK 技術一般都考慮了上述因素和辦法。但在太陽黑子爆發(fā)期內，不但 RTK 測量無法進行，即使靜態(tài) GPS 測量也會受到嚴重影響。太陽黑子平靜期，其誤差一般小于 5 106? 。 對流層誤差 ： 對流層誤差同點間距離和點間高差密切相關，一般可達 3 106? 。 RTK 測量采用求差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差及接受機鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，使測量精度達到厘米級，一般系統(tǒng)標稱精度為 10mm+2 106? 。工程實踐和研究證明 RTK 測量能達到厘米級精度。有研究表明，RTK 測量的平面精度在數據鏈信號接收半徑小于 4km 時可保持較高精度，用全站儀檢查其中誤差在177。 5cm 以內 )，大于 4km 時測量誤差明顯增大。另外作業(yè)時接收到的衛(wèi)黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 7 星數目越少， RTK 測量結果 誤差越大，但只要能接收到 5顆以上衛(wèi)星，得出的固定解就能達到儀器標稱精度。 RTK 的技術特點 工作效率高 ： 在一般的地形地勢下，高質量的 RTK 設站一次即可測完 4km 半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數量和測量儀器的設站次數，移動站一人操作即可，勞動強度低，作業(yè)速度快，提高了工作效率。 定位精度高 ： 只要滿足 RTK 的基木工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內（一般為 4km ） RTK 的平而精度和高程精度都能達到厘米級。 全天候作業(yè) ： RTK 測量不要求基準站、移動站間光學通視 ，只要求滿足“電磁 波通視”，因此和傳統(tǒng)測量相比， RTK 測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū)，只要滿足 RTK 的基木工作條件，它也能進行快速的高精度定位，使測量工作變得史容易史輕松。 RTK 測量自動化、集成化程度高，數據處理能力強 ： RTK 可進行多種測量內、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，減少了輔助測量工作和人為誤差，保證了作業(yè)精度。 操作簡單，易于使用 ： 現在的儀器一般都提供中文菜單，只要在設站時進行簡單的設置，就可方便地 獲得二維坐標。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便地與計算機、其他測量儀器通信。 RTK 的局限性和精度保障 當然 RTK 也有其局限性，會影響到執(zhí)行上述測量任務的能力。了解其局限性可確保 RTK 測量成功。 最主要的局限性其實不在于 RTK 本身，而是源于整個 GPS 系統(tǒng)。如前所述， GPS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛(wèi)星發(fā)射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛(wèi)星和 GPS 接收機之間視線的障礙物。事實上，存在于 GPS 接收機和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會對系統(tǒng)的操作產生 不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛(wèi)星信號。因此 , GPS 不能在室內使用。同樣原因 , GPS 也不能在隧道內或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。 GPS 信號的接收在樹林茂密的地區(qū)會很差。樹林中有時會有足夠的信號來計算概略位置，但信號清晰度難以達到厘米水平的精確定位。因此， RTK 在林區(qū)作業(yè)有一定的局限性。這并不是說， GPS RTK 只適用于四周對空開闊的地區(qū)。 RTK 測量在部分障礙的地區(qū)也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛(wèi)星來精確可靠地實現定位。在任何時間、任何地區(qū)，都可能會有 7 到 10顆 GPS 衛(wèi)星可用于 RTK 測量。 RTK 系統(tǒng)的工作并不需黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 8 要這么多顆衛(wèi)星。如果天空中有 5顆適當分布的衛(wèi)星，就可作精確可靠的定位。有部分障礙的地點只要可以觀測到至少 5 顆衛(wèi)星，就有可能做 RTK 測量。在樹林或大樓四周作測量時，只要該地留有足夠的開放空間，使 RTK 系統(tǒng)可觀測到至少 5顆衛(wèi)星， RTK 測量就有成功的條件。 在論述 RTK 技術的原理時，我們知道 ,RTK 測量的關鍵是確定整周未知數，能否連續(xù)地、可靠地接收基準站播發(fā)的信號，是 RTK 能否成功的決定因素。在實際應用中，來自各方面的干擾，降低了 RTK 的可靠性和精度。研究表明， 為了保證地物點的測量精度，我們在選點時要采取以下措施 : 點位應設在易于安裝接收機設備、視野開闊、視場內周圍障礙物高度角應小于 15176。 (如可以選在最高建筑物的頂樓 )。 點位應遠離大功率無線電發(fā)射源 (如電視臺、微波站、微波通道等 )，其距離不小于 200 m；遠離高壓電線，距離不小于 50m 。 點位附近不應有大面積的水域或強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。 點位選擇要充分考慮到與其它測量手段聯測和擴展。 點位要選在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)點位要選在地面地基堅硬的地方，易于點的保存。 除此 之外，為了保證地物點的測量精度，我們還要對接收機天線進行校驗，選擇有削弱多路徑誤差的各種技術的天線。同時，我們還要不斷利用新的數據處理技術，以削弱各種誤差帶來的影響。 RTK 的作業(yè)過程 啟動基準站 將基準站架設在上空開闊、沒有強電磁干擾、多路徑誤差影響小的控制點上，正確連接好各儀器電纜，打開各儀器。將基準站設置為動態(tài)測量模式。 建立新工程，定義坐標系統(tǒng) 新建一個工程，即新建一個文件夾，并在這個文件夾里設置好測量參數 [如橢球參數、投影參數等 ]。這個文件夾中包括許多小文件，它們分別是測量的 成果文件和各種參數設置文件，如 *.dat、 *.cot、 *.rtk、 *.ini 等。 點校正 CPS 測量的為 W CS 一 84 系坐標，而我們通常需要的是在流動站上實時顯示國家坐標系或地力獨立坐標系下的坐標，這需要進行坐標系之間的轉換，即點校正。點校正可以通過兩種方式進行。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)論文 9 (1)在已知轉換參數的情況下。如果有當地坐標系統(tǒng)與 W CS84 坐標系統(tǒng)的轉換七參數，則可以在測量控制器中直接輸入，建立坐標轉換關系。 如果上作是在國家大地坐標系統(tǒng)下進行，而且知道橢球參數和投影方式以及基準點坐標，則可以直接定義坐標系統(tǒng)，建議 在 RTK 測量中最好加入 12 個點校正，避免投影變形過大，提高數據可靠性。 (2)在不知道轉換參數的情況下。如果在局域坐標系統(tǒng)中工作或任何坐標系統(tǒng)進行測量和放樣工作，可以直接采用點校正方式建立坐標轉換方式，平面至少 3 個點，如果進行高程擬合則至少要有 4 個水準點參與點校正。 流動站開始測量 (1)單點測量： 在主菜單上選擇“測量”圖標打開，測量方式選擇“ RTK” ,再選擇“測量點”選項，即可進行單點測量。注意要在“固定解”狀態(tài)下，才開始測量。單點測量觀測時間的長短與跟蹤的衛(wèi)星數量、衛(wèi)星圖形精度、觀測精度要求等有關 。當“存儲”功能鍵出現時，若滿足要求則按“存儲”鍵保存觀測值，否則按“取消”放棄觀測。 (2)放樣測量： 在進行放樣之前，根據需要“鍵入”放樣的點、直線、曲線、 DTM道路等各項放樣數據。當初始化完成后，在主菜單上選擇“測量”圖標打開，測量方式選擇“ RTK” ,再選擇“放樣”選項，即可進行放樣測量作業(yè)。 在作業(yè)時，在手薄控制器上顯示箭頭及目前位置到放樣點的方位和水