摘要:隨著全球定位系統(GPS)技術的快速發展，RTK(Real- Time Kinematic)測量技術也日益成熟，GPS RTK技術因其精度高、實時性和高效性，使得其在城市測繪中的應用越來越廣。本文結合多年的實踐經驗，簡要分析實時GPS（RTK）動態測量的原理、網絡RTK技術現狀、RTK技術在測量領域中的應用和使用心得。

關鍵詞:  GPS（RTK）技術；實時動態；網絡RTK技術

1  RTK技術基本原理

RTK技術是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的。它能實時提供觀測點的三維坐標，并達到厘米級的高精度。載波相位差分方法分兩類：一類是修正法，即將基準站的載波相位修正值直接發給流動站，改正流動站接收到的載波相位，然后求解流動站的實時坐標，該方法初始化速度慢，定位精度差，稱為準RTK技術；第二類是差分法，即求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后再進行實時差分，是真正的RTK技術。差分法要求基準站GPS接收機實時地把觀測數據及已知數據傳輸給流動站接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到4顆或以上衛星后，可實時求解出厘米級的流動站位置坐標。

實時動態測量（RTK）測量的基本原理是：在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見的GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶流動站。在用戶流動站上，GPS接收機在接收到GPS衛星的同時，通過無線電設備，也接收到基準站傳輸來的觀測數據。然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶流動站的三維坐標及其精度。其精度就是以載波相位觀測值為基礎。

2  網絡RTK技術

2.1 技術現狀

目前網絡RTK組建的主要技術有虛擬參考站技術、空間改正參數、主輔站技術，它們均能將連續運行的參考站構成臺站網絡，在數據中心按照各自的算法實時解算網絡RTK改正數，同時發送RTK客戶端，實現精確定位。

虛擬參考站技術是設法在流動站附近建立一個虛擬的參考站，并根據周圍各參考站上的實際觀測值算出該虛擬參考站上的虛擬觀測值。由于虛擬站離流動站很近，一般僅相距數米至數十米。故動態用戶只需采用常規RTK技術就能與虛擬參考站進行實時相對定位，獲得較準確的定位結果，如果網絡RTK的數據處理中心能按照常規RTK中所用的數據格式來播發虛擬參考站的觀測值及站坐標，那么網絡RTK中的動態用戶就可用原來的常規RTK軟件來進行數據處理。

發送區域改正參數的FKP模式網絡RTK，是一種動態模型，它要求所有基準站將每一個觀測瞬間所采集的未經差分處理的同步觀測值，實時地傳輸給數據處理中心，通過數據處理中心地實時處理，產生一個稱為FKP的空間誤差改正數，然后將這種FKP參數通過擴展的RTCM，發送給所有服務區內的流動站，進行聯合求解實時坐標。

主輔站技術是從參考站網以高度壓縮的形式，將所有相關的，代表整周的未知數水平觀測數據，如彌散性的和非彌散性的差分改正數，作為網絡的改正數據播發給流動站。

2.2 連續運行參考站系統建設技術

目前國內各個城市都在積極籌劃建設連續運行參考站系統，有許多城市已經建設完畢并投入運營，如:上海市連續運行參考站系統，深圳連續運行跟蹤定位網絡系統，成都VRS參考站網，武漢連續運行參考站系統應用天寶VRS技術，香港GPS臺站網、昆明連續運行跟蹤站網絡。

2.3 上海GPS綜合服務系統

以筆者所在的上海市為例，簡要介紹上海市連續運行參考站系統及其操作流程。上海市GPS綜合服務系統是由上海市地理中心于2004年開始籌劃建設，2006年3月底系統全面調試完畢，7月系統開始試運行。該系統由參考站網、數據處理管理中心、用戶數據中心、用戶應用系統、數據聯通等5個子系統組成。參考站分布在寶山區、徐匯區、崇明區、閔行區和青浦區氣象站，覆蓋范圍達到8000km²，參考站間距離達79km；

上海連續運行參考站服務系統正式投入運行以后，它在上海化建設和基礎測繪中發揮出了很大作用，減輕了測繪作業勞動強度，提高效率，節省了生產成本。目前本系統已經應用到了地下管網普查、測繪質量監督、城市大比例尺數字化地圖測量、施工放樣和GIS數據采集等領域。下面以網絡RTK做圖根控制為例，簡要介紹其操作流程。

測量使用的流動站設備主要包括雙頻GPS接收機及天線、手簿以及數據收發用的通信鏈。其具體步驟包括：

1．流動站通過設置與操作采用無線通信網絡，如將GPRS、CDMA連接到SHGISS中心網絡。

2．流動站GPS天線保持穩定，進行初始化工作獲取RTK固定解。初始化時間視衛星狀況、觀測環境狀況及不同的接收機類型等可能會持續1～2分鐘不等。

3．在待測點上得到固定解且穩定后，開始記錄數據，連續記錄3次結果。

4．取平均值作為該點的精確坐標。

5．如果不能順利初始化，可移動流動站天線位置，選擇觀測條件好的地點進行初始化，然后返回移動到待測點上，按照步驟進行觀測。

6．作業過程中如果發生初始化丟失時，需要重新穩定進行初始化工作，直至得到RTK固定解為止，按照3、4步驟進行。

3  GPS實時定位（RTK）測量在工程測量中的應用

RTK 測量技術除具有GPS 測量的優點外，同時具有觀測時間短，能實現坐標實時解算的優點，因此可以提高生產效率。實時動態定位如采用快速靜態測量模式，在15 km 范圍內，其定位精度可達1～2 cm ，可用于城市的控制測量。RTK測量系統的開發成功，為GPS 測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術的發展和普及，具有重要的現實意義。

3.1 控制測量

為滿足城市建成區和規劃區測繪的需要，城市控制網具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級導線大多位于地面，隨著城市建設的飛速發展，這些點常被破壞，影響了工程測量的進度，如何快速精確地提供控制點，直接影響工作的效率。常規控制測量如導線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。GPS 靜態測量，點間不需通視且精度高，但數據采集時間長，還需事后進行數據處理，不能實時知道定位結果，如內業發現精度不符合要求則必須返工。應用RTK技術將無論是在作業精度，還是作業效率上都具有明顯的優勢。3.2 像控點測量

像控點測量是航空攝影測量外業主要工作之一，傳統的方法要布設大量的導線來測量部分平高點，內業再空三加密。采用RTK技術測量，只需在測區內或測區附近的高等級控制點架設基準站，(若測區內或測區附近無高等級控制點，可先加密) ，流動站直接測量各像控點的平面坐標和高程，對不易設站的像控點，可采用手簿提供的交會法等間接的方法測量。像控點的精度要求對于RTK測量來說是不難達到的。與傳統作業相比較，它不需要逐級布設控制點;與靜態GPS 測量相比，縮短了作業時間，因而大大提高了作業效率，功效至少提高3～5 倍。

3.3 線路中線放樣

RTK測量技術用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數如線路起終點坐標、曲線轉角、半徑等輸入RTK的外業控制器（手簿），即可放樣。放樣方法靈活，既能按樁號也可按坐標放樣，并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直到誤差小于設定的為止。

3.4 建筑物規劃放線

建筑物規劃放線，放線點既要滿足城市規劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關系，放樣精度要求較高。使用RTK進行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關系，對于短邊，其相對關系較難滿足。在放樣的同時，需要注意的是測量點位的收斂精度，如果點位收斂精度不高的情況下，強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下，用RTK進行規劃放線一般能滿足要求。

3.5 用地測量

在建設用地勘測定界測量中，RTK技術可實時地測定界址點坐標，確定土地使用界限范圍，計算用地面積，在土地分類及權屬調查時，應用RTK技術可實時測量權屬界限、土地分類修測，提高了測量速度和精度。

3.6 其它方面的測量

RTK技術還可用于地形測量、水域測量、管線測量、房產測量等方面。用RTK測圖，可不用布設圖根控制，僅依據少量的基準點，即可直接測定地形地物點坐標，如果用專業測圖軟件，通過電子手簿記錄即可實現數字化測圖。在水下地形測量是，RTK能自動導航和按距離或時間間隔自動采點，只要將天線高量至水面，加水深改正后，即可高精度的實時測定水下地形點的三維坐標，由專業軟件成圖。

4  結束語

不論是傳統的1+1模式的RTK還是網絡RTK模式，都為我們的測量工作帶來了極大的方便，能完成全站儀所不具備的工作，是對經典測繪技術的一次跨越。但RTK技術也存在一些不足與限制，比如：受衛星狀況限制；數據鏈傳輸受干擾或者接收不到網絡信號；精度和穩定性問題等。此等問題尚待完善，筆者通過GPS RTK在工程測量中的應用，得出如下體會：

⑴ GPS RTK作業有著較高的精度，觀測速度快，已在越來越多的測量工作中得到應用，非常適合大規模的工程測量和其它測量工作。

⑵ GPS RTK作業不受通視條件影響，單站測量控制范圍廣，操作簡單，能有效地減少了因地形復雜帶來的繁重工作量。

⑶ GPS RTK測量可以大大提高工作及成果質量，它不受人為因素的影響，整個作業過程全由電腦控制，自動記錄，自動數據預處理，自動平差計算。

⑷ GPS RTK采集的定位坐標數據是GWS-84坐標，如在其它坐標系統內進行RTK作業則需要求取定位坐標轉換參數，轉換參數質量的好壞直接影響RTK的測量精度。

⑸ GPS RTK技術受到基準站傳播差分改正數有效范圍的限制，在大區域實施作業時，應注意其控制的有效范圍，RTK的范圍盡量不超過10KM為原則，否則解算速度和精度都大受影響。

⑹為保證網絡RTK測量精度，盡可能地檢測一定數量的測區內和相鄰的控制點進行檢核；在做控制測量時需采用一些如延長測量時間、選擇最佳觀測時段、增加觀測次數的方法來提高測量精度；同精度兩次測量值的較差取2厘米以下為宜。

參考文獻：

[1] 《全球定位系統（GPS）測量規范》(GB/T18314-2009）

[2]  黃俊華，陳文森．連續衛星定位綜合服務系統建設與應用．北京．科學出版社，2009.1

[3]  李元征，黃勁松．GPS測量與數據處理．武漢：武漢大學出版社，2007.1

[4]  王勇，吳俐民．網絡RTK技術在城市控制測量中的試驗與研究[J]，城市勘測，2006年04期