RTK技术在工程测量中的应用探究
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摘要：本文首先分析了RTK的特点，然后研究了提高工程测量RTK测量成果精度的关键技术，对RTK测量将大有裨益。
关键词：RTK技术；工程测量；应用
实时动态测量技术(Real Time Kinematic，简称RTK)以其实时、高效、不受通视条件限制等优点，已广泛应用于工程控制测量、像片控制测量、施工放样测量及地形碎部测量等诸多方面，倍受用户青睐。但是，相对于GPS静态测量，RTK的实时性也给测量人员提出了更高的要求。因为RTK测量缺少必要的检核条件，作业时如果操作失误或某些技术问题处理不当，都将会给测量成果带来严重影响。因此，及时了解RTK的技术特点及提高工程测量RTK测量成果精度的关键技术，对RTK测量将大有裨益。
1、 RTK的特点
1.1 RT K的误差
RT K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、多径误差、信号干扰和气象因素影响等。其中多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多径误差主要取决于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，多径误差为1～5cm，高反射环境下可达10cm以上，且多径误差的大小常以5～20min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1×10-6Ｄ，对长度小于1 0 k m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5×10-6Ｄ，而当太阳黑子爆发时，影响值可达50×10-6Ｄ。对流层误差同点间距离和高差有关，一般影响在3×10-6Ｄ以内。
对于同测站有关的误差可通过各种校正方法和有效措施予以削弱，而同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离增大而加大。因此，在进行RTK测量时，除采取有效措施削弱测量误差外，还要对作业半径加以限制。
1.2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。一般地，双频RT K初始化的时间比单频RT K要短，而且同距离的关系不大；解算时采用的星数越多，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。
1.3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)，才能求定待定点的位置。因此，能否连续地、可靠地接收基准站播放的信号，是RTK能否成功的决定因素，也是制约RTK测程的关键因素。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。
1.4坐标系统
RT K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(WGS84)坐标，而在测绘工程中应用的通常是地方坐标系的平面直角坐标(1990年西安坐标系、1964年北京坐标系或地方独立坐标系等)，其高程一般为正常高。因此，为了把MGS 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。
2、 提高工程测量中RTK测量的关键技术
2.1坐标转换参数的求解
在GPS静态测量中，不同坐标系的坐标转换是在数据后处理时进行的。而对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系1980年西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等)中的坐标，因此，坐标转换问题就显得尤为重要。
坐标转换参数的求解方法，一般是在RTK作业前首先在测区做一定数量的静态GPS控制点，与地方坐标系的控制点联测，以同时获取GPS点的M G S 8 4坐标系统坐标和地方坐标系统坐标，然后利用后处理软件或GPS控制器内置的实时处理软件求解坐标转换参数。如果测区内的已知控制点已经有地方坐标系坐标和MGS 84坐标系坐标，则可直接利用随机软件求解坐标转换参数。
求解坐标转换参数所使用的已知控制点(通常称作基准点)的精度、密度及分布状况对坐标转换参数的求解质量有着直接影响。因此，所选定的基准点要求精度要高，并且应均匀分布在测区周围。基准点的数量视测区的大小一般取3～6点为宜。一般地，在求解坐标转换参数时，应采取不同基准点的匹配方案，用不同的计算方法求得坐标转换参数，经比较后选择残差较小、精度较高的一组参数使用。
由于坐标转换参数求解精度与已知点两套坐标的精度和区域内点位的分布有关，因此坐标转换参数是有区域性的，它仅适用于已知点所圈定的区域和临近地区，其外推精度明显低于内插精度。因此，在一个测区求解的坐标转换参数不能直接应用到其它测区。
2.2基准站的设置
GPS卫星处在2×1 04k m多的高空，从卫星发出的信号到接收机接收，中间要经过电离层、对流层以及来自多方面的干扰，其信号一般十分微弱，通常只有-50～-180dB。同时，由于RTK数据链采用超高频(UHF)电磁波，它的传输距离与接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素有关。因此，要提高GPS信号接收的质量，基准站必须远离各种强电磁干扰源(如微波站、寻呼台发射塔、变电站、高压线、电视台等)；同时，为了减少多路径效应的影响，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物(如大面积水域、大型建筑等)；另外，要求基准站电台天线和移动站天线之间无大的遮挡物(如高层建筑物、高山等)，且天线应尽量设置高一些，以提高数传电台的传输距离。
2.3作业半径的限制
移动站离开基准站的最大距离称作RTK的作业半径，它的大小取决于基准站电台信号的传输距离，且对RTK测量的速度和精度有着直接影响。
近年来，随着GPS技术的不断完善，仪器制造商竞相采用先进技术，有效地扩大了RTK的作业范围。但是，如果在建筑物或树木比较多的地区作业，移动站接收电台的信号会比较弱且容易失锁，而且高程精度较差。因此，RTK的作业半径控制在10ｋｍ以内为宜。当信号受影响严重时，还应进一步缩短作业半径，以提高RTK测量的精度和速度。
2.4 RT K测量中的一般要求
为了保证RTK测量的精度、速度(初始化时间)和可靠性，除了正确求解坐标转换参数、合理设置基准站和限制作业半径外，在RTK测量中还应注意以下几点:
（1）观测卫星的图形强度要高。在进行坐标解算时，所采用的卫星数越多，分布越均匀，则ＰＤＯＰ值越小，RTK的精确性和可靠性越高，且初始化的时间也越短。因此，一般情况下，在接收卫星数保持5颗以上，且ＰＤＯＰ<6时，才能进行RTK测量。
（2）作业员的责任心要强。作业员的专业水平、经验和责任心对RTK成果的精确性和可靠性有着严重的影响。作业时，接收机的对中、整平、天线高的量取及输入已知点坐标、坐标转换参数及天线高等数据的任何误差，都将影响RTK测量的全部坐标。因此，要求作业员必须具有强烈的责任心，认真严格地按规程操作，另外，对仪器基座和测杆上的水准器等必须定期严格校正，以避免系统误差的影响。
（3）观测成果要注意复核。RT K测量具有显著的实时、快捷等优点，但其初始化(整周模糊值)的置信度通常为95%～99%，且作业中缺乏检核条件，个别点可能会出现粗差。因此，为了保证RTK的实测精度和可靠性，作业中必须注重成果的复核。成果的复核分为作业前复核和作业中复核。作业前复核是指在RTK作业前，先在已知点上检测，新测坐标与已知坐标较差符合要求后，才能进行RTK测量；作业中复核一般是指在作业中采用不同起算点测定部分重合点，或在同一点上采用两次观测法(失锁或关机)观测。
（4）保证测量精度。用RTK方法进行控制测量时，应采取一定的措施保证测量精度。为了保证测量成果的精确、可靠，宜采用多历元的观测结果；同时，观测时应使用三脚架固定移动站的天线，进行严格的对中、整平，并远离各种强电磁干扰源和大面积的信号反射物。
结束语
随着RTK技术的不断完善，RTK测量的初始化速度、成果精度及可靠性会越来越高。但是由于受卫星信号、接收机状态、测站周围环境及仪器操作的影响，RTK定位有时会出现失真，其成果不可能100%的可靠。因此，在作业中，要根据RTK技术的特点及测区状况，采取有效措施，严格按操作规程作业，并加强成果的复核，以确保RTK成果的精确性和可靠性。
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