GPS RTK测量技术的应用分析
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作者:文琳
摘要：RTK采用载波相位动态实时差分法（Real-time kinematic），是能够在野外实时得到厘米级定位精度的卫星定位测量方法，它是GPS技术的一个分支，也是GPS技术应用发展的重大里程碑[1]。它的出现颠覆了传统的控制测量方法，极大提高了控制测量的效率。然而，RTK技术还存在一些局限性：测量距离超出一定距离、测量区域有强磁场干扰、基准站附近存在物理遮挡、太阳黑子爆发、卫星运行导致运算效率不足等因素都会对测量质量造成影响。文章根据GPS RTK测量技术的作业原理、基本配置和在控制测量上的应用，总结探究其优势和局限性，简单分析在实际应用中的一些注意事项。
关键词：GPS RTK技术;控制测量;局限性
近年来，经济的迅速发展使我国对各种控制测量的需求越来越大，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈，卫星定位技术的更新和进步为解决这些需求提供了条件。目前应用范围最广泛的高精度定位技术就是GPS RTK技术。该技术的关键点在于利用了GPS的载波相位观测量，并根据基准站和流动站之间存在的观测误差，分析其空间相关性，通过差分法筛选出流动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度的定位[2]。关于如何更高效地使用GPS RTK技术的研究具备极大的现实意义。
1.GPS RTK的作业原理和配置
1.1 GPS RTK的工作原理
传统GPS测量方法需要观测结束进行解算才能取得厘米级的精度，而RTK测量是以载波相位为根据的实时差分测量。它的工作原理是：选取一个点建立基准站，并在基准站安置GPS接收机;将接收机连接数据发送装置，随时向流动站发送测量信息和基准站的位置信息;使用者携带GPS接收机，接收来自4颗以上实时观测卫星的信息，同时接收从基准站数据发送装置发送来的基准站信息;对这些数据进行实时差分处理，计算出整周模糊度和使用的位置数据和精度[3]。
1.2 GPS RTK的基本配置
GPS RTK系统的主要组成部分包括：2台或以上的GPS接收机，2套或以上的数据传输设备，4颗以上的观测卫星，专业的数据处理设备。
2.GPS RTK的应用
2.1控制测量的含义和发展
在需要测量的区域内，按照规定的精度测量一系列关键点的平面位置和立体位置，根据这些位置的数据构建一个网络模型（工程控制网），作为具体测量的依据，这项测量工作就是控制测量。控制测量是各种测量工作的基础，也是GPS RTK技术应用的主要领域。
传统的控制测量通常会采用三角网法和导线网法，对人力物力需求大，测量时间长，要求点间通视，精度质量容易分布不均。而采用常规的GPS进行控制测量，在测量过程中不能实时获取精准的定位信息，必须事后计算。如果测量中出现问题，在数据处理时发现精度不符合需求，还必须再次进行测量[4]。用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果该精度满足使用者的需求，就可以停止测量了，而且知道测量质量如何。这样可以大大提高作业效率，一般情况下，使用RTK进行控制测量，测一个控制点的时间在几分钟甚至几秒钟就可以完成。
2.2 GPS RTK在控制测量上具体作业流程
目前，使用RTK进行控制测量的精度已经可以精确到厘米级，能满足地理地形测量中的图根控制测量和一般工程的控制测量，除了对精度要求非常高的控制测量会使用GPS静态相对定位外，大部分控制测量均采用RTK技术。
RTK做控制测量的一般方法是：①建立基准站，基准站通常建立在地势较高且观测条件较好的点。②在基准站放置GPS接收机和数据传输装置。③在GPS控制手簿中输入基准站的WGS-84坐标和地方坐标值。④在测量区域内选取三个以上的控制点，要求分布均匀。在GPS手簿中输入控制点的WGS-84坐标和地方坐标值，GPS手簿能自动计算控制点的坐标转换参数。⑤将GPS流动站放置在待定点上进行测量，开启快速静态模式。流动站GPS在接收4颗或以上观测卫星的GPS信号时还接收来自基准站数据传输装置的信号，把这些数据进行实时差分处理，即可计算出流动站的坐标值。⑥此时，GPS手簿上会实时显示点位坐标值及其精度，当精度满足使用者的实际需求时即可保存数据并停止观测。整个过程一般在3分钟～5分钟左右。根据大量实践表明，用RTK进行控制测量的精度通常会保证在lcm～2cm左右。
2.3 GPS RTK在应用上的实例
我国“皖电东送”工程的完工是GPS RTK技术应用的典范。施工点在近200m的高空，施工距离跨越了整个淮河，实现了我国电网技术的突破。该工程应用高精度GPS RTK测量技术，凭借精确的GPS RTK定位功能、厘米级精度、实时数据处理、稳定的数据传输等特性在多个方面发挥作用。为设计、施工及决策人员提供精确的数据来源，为电力系统信息化的建设和管理提供可靠的依据。
3.GPS RTK的局限性
使用GPS RTK进行控制测量有着定位精度高、测量时间短、能提供三维坐标、操作简单、全天候作业、测量站之间无须通视等优点，但由于其白身所具备的一些局限，在实际应用中需要注意以下事项。
3.1测量距离有限
RTK技术在实际应用时最大问题是各个站点之间的有效数据处理距离较短。GPS误差的空间相关性会随着基准站和流动站距离的增加而逐渐失去线性。当测量距离超过一定限度时（单频lOkm，雙频30km），差分处理后的用户数据会含有较大的测量误差，导致定位精度不足[5]。在保证定位精度的前提下，传统的单机RTK技术测量距离非常有限。
3.2抗干扰能力较弱
（1） GPS RTK技术对于基准站的选取有较高的要求。基准站需要选在测量区域的中央，最好是地势偏高的地方，旁边不能有大面积的水面或高大、密集的树林或者建筑物群，否则会对卫星的观测起到物理遮蔽效果。（2）测量区域内不能有强磁场干扰。GPS信号极易受到强磁场干扰，在使用RTK技术进行控制测量时，需避开强磁场活动区域。各种信号线和电源线不能卷起来，否则会因为涡流产生人工磁场，对GPS信号造成影响。 3.3其他局限
太阳黑子爆发对GPS信号的干扰远大于强磁场。使用GPS RTK技术进行控制测量工作前要了解和搜集太阳活动信息，避开太阳黑子爆发期，选择平静期进行控制测量。还需要注重测量作业前的卫星星历预报，保证RTK测量的有效观测卫星不少于4颗，确保控制测量数据的获取效率。
4.GPS RTK技术的发展
4.1网络技术的应用
20世纪90年代中期，随着网络技术的飞速发展，人们找到了克服传统GPS RTK技术局限性的方法。科学家提出了网络RTK技术。在网络RTK技术中，区域型的GPS网络误差模型取代了线性衰减的单点GPS误差模型。用多个基准站组成的GPS网络来计算单个区域的GPS误差模型，为网络所覆盖区域的使用者提供精准的校正数据。使用者接收到的不再是实际基准站的测量数据，而是一个虚拟基准站的数据和距离自己最近的基准站的校正数据。
4.2蓝牙技术的应用
21世纪初，蓝牙技术成为流行的数据传输技术。它是一种无线数据和语音通信的开放性全球规范。蓝牙技术被应用于GPS RTK技术上，作为接收机，数据传输设备和GPS手簿之间的一种高效数据传输途径。各个部件不再需要过多的电线进行连接，不仅减少了人工磁场干扰的可能性，还实现了在数十米范围内用GPS手簿进行遥控操作。蓝牙技术还让GPS和笔记本电脑进行无线数据传输，利用笔记本电脑上的先进数据处理软件对GPS数据实时获取和处理。
5.结语
GPS RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，其最基本的原理是基准站接收机实时地把测量数据和已知数据传输给流动站接收机。当数据量不大时，要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。但当数据量很大时，无线电台已无法满足需求。更高效更精確的数据传输技术是GPS RTK进步的根基。随着科学技术的不断发展，RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分GPS系统（ WADGPS），在很多区域建立起CORS系统，大大提高了RTK的测量距离;在数据传输方面实现了飞跃式进步，由一开始的电台传输到现在的GPRS和GSM网络传输，提高了数据的传输效率和范围[7]。在测量仪器方面，不仅精度高，而且比传统的RTK更简洁、容易操作。随着RTK技术的不断进步，RTK技术必然会被应用到更广泛的领域。
参考文献：
[1]马亮.GPS-RTK测量技术应用分析[J].时代农机，2017（7）：93+95.
[2]杭磊，李浩，公路工程测量中GPS-RTK测量技术的应用优势[J].建筑技术开发，2016，43（3）：147-148.
[3]陈辉GPS RTK测量技术在地质勘查中的应用探讨[J].低碳世界，2016（3）：73-74.
[4]杨靖江.公路工程测量中GPS RTK测量技术的应用优势[J].工程技术：全文版， 2017（2）：00282-00282.
[5]孟祥吉.GPS-RTK测量技术在水利工程测绘中的应用分析[J].科技经济导刊，2017（9）：65.
[6]王峙达.GPS RTK技术在数字化地形测量上的应用分析[J].建材与装饰，2018（32）：241-242.
[7]万丽娟，李海瑞.基于GPS-RTK技术在地形图测绘中的应用研究[J].科技展望，2017（26）：164.
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