GPS(RTK)技术的优缺点及点校正注意事项

摘要：GPS-RTK是Real Time Kinematic Gloabal Position System，通常译为全球实时定位系统，，可以测量后马上得到成果，，在普通复杂的地形环境下，达到了理想的测量效果（厘米以内），已广泛应用到测量的各个领域。

关键词：GPS(RTK)；VRS（虚拟参考站）；优点；缺点；点校正注意事项

中图分类号：P228.4文献标识码：A文章编号：

引言：RTK的优点的总结可以更好的利用RTK在实际的工作中，充分的发挥RTK的优点。了解了RTK的局限性，也可以让我们在工作的过程中采取其他的措施，去弥补RTK的不足。为以后正确的使用RTK提供了参考。

一、GPS(RTK)工作原理

在GPS（RTK）作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在确定整周未知数后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。这样不仅节省了人力,物力和财力,而且大大地提高了作业效率。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率。

二、GPS(RTK)技术在地形测量中的优点 

1、作业效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完几公里到几十公里半径的测区（注：利用GPRS信号，理论上是能收到移动信号就能使用，但距离太远解算会很慢）， 基于VRS（虚拟参考站）并以网络通讯为数据链的RTK是新的RTK测量技术，通过网络代替当前的电台传输，这样一来，不必考虑电台的通讯距离以及屏蔽区，提高RTK的测量效率，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，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标。

2、定位精度高，数据安全可靠，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，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

3、降低了作业条件要求：RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”。因此，与传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。

4、自动化、集成化程度高，测绘功能强大：RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

5、操作简便，容易使用，数据处理能力强：只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强能方便快捷地与计算机和其他测量仪器通信。

6、如果你所在的地区已有当地测绘部门或南方测绘公司建立的CORS单基站并提供免费的数据时，或有VRS系统时，你只需要移动站即可测量，不必自己架设基站，如果用户只在本单位附近作业时，建议用户自己建立CORS单基站连续运行系统，以后测量时只需带移动站即，并无需校正即可测量。

三、GPS(RTK)在地形测量的缺点

虽然GPS(RTK)技术有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。

1、RTK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。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20～30min。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，在对空遮挡比较严重的地方GPS无法正常应用。

2、RTK工作受电离层影响。白天中午前后受电离层干扰大、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12～13点RTK测量很难得到固定解。

3、信号传输受对空通视环境影响。山区、林区、城镇密楼区等地作业时，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。

4、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、RTK现阶段还不能达到100%的可靠度。RTK确定整周模糊度的可靠性为95%至99%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故。

四、GPS(RTK)点校正时候需要注意的事项

GPS点校正过程建立了GPS接收机采集的WGS84数据与地方控制位置之间的关系(表达为海平面上的地方地图格网),采用一系列的数学转换。GPS点校正功能允许进行GPS和校正所用地方控制点的匹配(GPS坐标必须从GPS点和观测值得到,格网点必须从格网点和地面观测值得到)。选择点校正时候需要注意以下几点：

1、已知点最好要分布在整个作业区域的边缘，例如，如果用四个点做点校正的话，那么测量作业的区域最好在这四个点连成的四边形内部；

2、一定要避免已知点的线形分布，例如，如果用三个已知点进行点校正，这三个点组成的三角形要尽量接近正三角形，如果是四个点，就要尽量接近正方形，一定要避免所有的已知点的分布接近一条直线，这样会严重的影响测量的精度的；

3、如果测量任务只需要水平的坐标，不需要高程，至少要用两个点进行校正，但如果要检核已知点的水平残差，那么至少要用三个点；

4、如果既需要水平坐标又要高程，至少用三个点进行点校正，但如果要检核已知点的水平残差和垂直残差，那么至少需要四个点进行校正；

5、已知点之间的匹配程度也很重要，比如GPS观测的已知点和国家的三角已知点，如果同时使用的话，检核的时候水平残差有可能会很大的；

6、如果有3 个以上的点作点校正，检查一下水平残差和垂直残差的数值，看其是否满足用户的测量精度要求，如果差太大，残差不要超过2 厘米，如果太大先检查已知点输入是否有误，或是是否找错了已知点，如果无误的话，就是已知点的匹配有问题，要更换已知点了；

7、点校正完成以后，使用移动站测量所得的所有坐标都是在当地平面坐标系下的，用户可以直接使用测量的结果；

8、由于RTK测量技术没有像常规控制测量那样进行平差，在测量过程中出现粗差时难以发现，而控制点成果要求100％可靠度，因此对RTK控制点要进行100％检核；

参考文献：

[1]刘基余，《GPS卫星导航定位原理与方法》，科学出版社，2008.

[2]施浒立、景贵飞、崔君霞，《后GPS和GPS后时代的卫星导航系统》，科学出版社，2012.

[3]谢钢，《GPS原理与接收机设计》, 电子工业出版社，2009.