GPS RTK的应用研究

摘要：随着全球定位系统（GPS）技术不断完善及计算机技术和相应科学的发展，GPS的应用范围在不断扩大，精度也越来越高，随之在测绘领域中得到了很好的应用。其中包括了GPS-RTK技术在工程测量中的应用。

关健词：GPS-RTK原理；应用

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：

引言：

GPS-RTK作业有着较高的精度，观测速度快，已在越来越多的测量工作中得到应用，非常适合大规模的工程测量和其他测量工作。 GPS-RTK作业不受通视条件影响，单站测量控制范围广，操作简单，有效地减少了因地形复杂带来的繁重工作量，提高作业效率。

1.RTK技术简介

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在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周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后,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。

1.1 传统RTK的基本工作原理

RTK测量技术即实时动态测量技术,是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术,是GPS测量发展里程中的一个标志。RTK工作原理是:在已知高等级点上安置1台GPS接收机,对所有可见卫星进行连续地观测,并将其观测数据和测站信息通过无线电传输设备,实时地发送给流动站,流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线接收设备,接收基准站传输的数据,然后根据相对定位的原理,实时解算出流动站的三维坐标及其精度。

1.2网络RTK基本工作原理

网络RTK集GPS Internet无线通讯和计算机网络管理等高新技术于一身。整个系统由若干连续运行的GPS基准站和一个GPS网络控制中心构成。它由GPS固定参考站系统、GPS网络控制中心系统、数据传输系统、数据发播系统和用户系统五个部分组成。固定站负责实时采集GPS卫星观测数据并传输给GPS网络控制中心,它分布在整个网络中,一个VRS网络由三个以上的固定GPS基准站构成,站与站之间的距离最大可达到70km。基准站与控制中心的连接可通过光缆、ISDN或普通的电话线等相连接。VRS核心控制中心由VRS管理软件、计算机、路由器和通讯服务器组成。它接收由固定参考站发来的所有的数据,也接收从流动站发来的概略坐标,根据用户概略位置,计算机会自动计算并选择最佳的一组固定站数据,整体地改正GPS的轨道误差、电离层和对流层以及大气折射所带来的误差,将高精度的改正过的RTCM差分信号发给用户,这样就相当于在流动站附近建立了一个虚拟的参考站而两者距离只有几十米,从而解决了传统RTK作业距离限制上的问题,并使用户得到稳定的厘米级的高精度定位。

2．RTK作业原理

RTK就是实时动态差分测量，其原理简单来说就是，基准站用一个固定坐标来做参考，以后基站每通过接收卫星算得一个坐标，就跟固定坐标作比对，得到差值，然后将这个差值发送给移动站，移动站用卫星接收到的坐标再减去基站发过来的差值就得到了改正后的坐标。

3．GPS–RTK的精度分析

3.1CORS的原理

当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户运用系统五个组成,各基准站与监控浅析中心站数据传输系统连接成一体,形成论文网专用网络。CORS系统定义为或若干个固定的、连续运转的GPS站,现代计算机、数据通信和互联网技术组成的网络,实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值、改正数、状态信息其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比连续运转站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。

3.2RTK（1+1）工作原理

RTK（1+1）包括一个基准站和一个流动站。基准站架设在一个固定的地方，接收卫星数据并进行差分处理，计算出改正参数，并通过电台或者其他方式发送到流动站。流动站架设在测量点上，接收卫星数据和基准站差分数据，计算出高精度的绝对位置解。由于我们测量要得到绝对位置的网格坐标，因此需要做点校正，一般需要四个已知点，通过已知点的经纬度坐标和网格坐标，计算出转换参数。然后将转换参数应用到测量点上，得到高精度的固定解。

3.3CORS方法和1+1的方法的比较

(1)CORS方法：单基站CORS，就是只有一个连续运行参考站。类似于1+1或1+N的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替。它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机地结合在一起，为用户提供了全新、透明、可视、实时的测量服务。基准站上有一个控制软件实时监控卫星的状态、存储和发送相关数据，同时有一个服务器提供网络差分服务和用户管理。

(2)1+1的方法：在山区、林区或建筑物密集区，GPS信号受到一定的影响，RTK需要重新初始化，而1+1方法在小范围内初始化速度要比基于CORS要快，从而提高了测量的精度和生产效率。

4．GPS RTK在1:500数字地形图上的应用

地形测图是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。

4.1GPS RTK的技术要求

进行RTK图根点测量时，应使用三脚架，整平后多方向测量仪器高，互差≤2mm时可输入其平均值；RTK测量中数据采样间隔一般设为1s，模糊度置信度应设为99.9%以上；RTK作业中应检测已知点，确保接收机配置、仪器高设置、CORS网络信号处于正常状态。检查点尽量位于作业区域内，而且检核较差应满足：平面≤5cm、高程≤8cm。测量过程中必须在接收机已得到网络固定解状态下方可进行数据记录，单次回应满足点位平面残差HRMS≤±2cm，高程残差VRMS≤±3cm；RTK控制点测回间观测记录时间间隔不应小于1分钟。两次平面互差应≤±3cm，高程互差应≤±4cm。符合要求的取各次观测结果的平均值作为最终成果。

4. 2 数据处理

内业数据处理，数据传输就是在接收机与计算机之间进行数据交换。GPS RTK测量数据处理相对于GPS静态测量简单得多，如用TGO软件处理接收机导入的测量数据，直接可以将坐标值以文件的形式输出和打印，得到控制点成果。

4.3工程应用及精度分析

我们在完成小区域1：500数字化地形测量中（面积约15平方公里）用GPS RTK进行图根控制。为了检验RTK控制点的实际精度，RTK测量结束后，我们用全站仪（2〞）对部分相互通视的点实测的边长、高差与测量坐标反算边长、高差比较，最大边长较差0.018米，最小边长较差0.001米，边长间距中误差为0.007米，高差（H）最大较差为0.033米，最小为0.000米。结果表明所测点精度良好。可以看出， RTK实测精度完全符合导线测量精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。

5.结论

GPS-RTK作业以其不受通视条件、天气状况影响，定位精度高，自动化程度高，操作简单，快速实时等特点极大地降低了劳动作业强度，提高了工作成果质量及作业效率。逐步代替常规的全站仪测量方法广泛运用于工程测量中。

参考文献：

[1]《工程测量》 作者刘宝全哈尔滨:哈尔滨地图出版社2004年出版.

[2] 杨珠琼. 广州CORS在城市基础地形图测量中的应用[J].广东科技，2010（5）:181-182.