1、一、RTK定位原理RTK(Real Time Kinematic)技术又称载波相位差分技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分方法分为两类:1)修正法。即将基准站的载波相位修正值发送给流动站,改正扰动站接收到的载波相位,再求解坐标,属于准RTK技术;2)差分法。即先求解起始相位差整周模糊度(RTK初始化),然后进行实时差分,属真准RTK技术。它要求基准站GPS接收机实时地把观测数据传输给流动站GPS接收机,流动站GPS接收机,流动站将接收到的数据连同自身采集到的数据进行实时差分处理,可实时求解出厘米级的流动站三维坐标。一、R T K 定位原理R T K(R e a l T
2、 i m e K i n e m a t二、GPS RTK测量模式测量过程中要求GPS接收机在每一流动站上,静止地进行观测。在观测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整周未知数和用户站的三维坐标,如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足设计要求,便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中,如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量),受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5 min-10 min(随着技术的不断发展,定位时间还会缩短),不及静态测量所需时间的1/5,在工程测量中可以代替全站仪完
3、成导线测量等控制点加密工作。1.快速静态定位模式二、G P S R T K 测量模式测量过程中要求G P S 接收机在每一流二、GPS RTK测量模式测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2 s-10 s)进行初始化工作,之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定采样点的空间位置。目前,其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景,可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2 s-4 s,精度就可以达到1 cm-3 cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。
4、2.动态定位二、G P S R T K 测量模式测量前需要在一控制点上静止观测数分三、在工程测量中的应用1.控制测量 在一些高精度控制测量中,依然使用高精度GPS静态测量方法,但在一些图根控制和精度要求不是很高的控制测量中,应用RTK技术只需要作业人员在点位上测量几秒钟,就可以实时得到定位结果,大大提高了作业率。但是用RTK作测区控制,由于缺少检查条件,为了保证作业精度,可以采用两种方法来解决:1)用同一个基准站把所有点位测量两次,比较两次的差值;2)用两个不同的基准站将所有的点位分别测量一次,比较两次的差值。用两个不同基准站进行RTK测量时,如果基准站的坐标精度不是很高,比较的差值可能比较大
5、,而且会体现出一种系统性。因为基准站的已知点误差在RTK测量中不能消除,并且会作为固定误差存在下来,这样比较的差值里面就包括已知点误差和测量误差两部分。而用同测站测量两次,只含有测量误差,比较的差值就很小。三、在工程测量中的应用1.控制测量 在一些高精度控制测三、在工程测量中的应用2.碎部测量如果直接用RTK测图,可以不布设各对控制点,改变了传统的/先控制、再测图的做法。RTK仅需一定数量的基准点,就可以高精度并快速地测定地形点、地物点的三维坐标。无论是平板仪测量,还是电子平板测量,都要求测站与测站之间通视,至少需要2-3人操作,而采用RTK技术,仅需要1人持仪器在测区内采集数据,并同时输入点
6、号和三维坐标,应用数字化软件可以生成各种比例尺地形图,大大提高了测图的效率和精度。三、在工程测量中的应用2.碎部测量如果直接用R T K 测图,可以四、RTK在工程测量中的要求(1)能同时接收5个以上的GPS卫星。星数问题限制了RTK技术的应用范围,在城镇、林荫、山地等地区,凡所测星数少于5个时,RTK测量就会遇到困难。随着科技的不断发展,这个问题会被逐步的改善。(2)迁站过程中不能失锁。但保证迁站过程中不失锁却很难,当迁站过程中经过树下、立交桥、隧道时,都有可能失锁。失锁后,必须重新初始化,即重新确定整周模糊值,确定整周模糊值的时间和可靠性,取决于4个因素:单频机或双频机、所测星数、至基准站
7、的距离、RTK软件质量。四、R T K 在工程测量中的要求(1)能同时接收5 个以上的G P S四、RTK在工程测量中的要求(3)必须能同时接收到GPS卫星的信号和基准站播发的差分信号。这是决定RTK技术能否成功的关键因素,也是制约RTK测量效果的重大因素。RTK系统的数据传输多采用超高频(UHF)、甚高频(VHF)和高频(HF)播发差分信号,一般国际测绘领域的RTK技术应用中,都采用UHF电台播发的差分信号,这要求基准站和流动站之间的天线必须“准光学通视”。四、R T K 在工程测量中的要求(3)必须能同时接收到G P S 卫星五、GPS RTK应用于工程测量中的优点相对于常规测量来说,GP
8、S RTK用于工程测量主要有以下特点:1)测量精度高。GPS RTK观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50 km的基线上,其相对定位精度可达110-6,在大于1 000 km的基线上可达110-8。2)测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。3)观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20 min左右,动态相对定位仅需几秒钟。五、G P S R T K 应用于工程测量中的优点相对于常规测量来说,五、GPS RTK应用于工程测量中的优点4)仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程
9、度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。5)全天候作业。GPS卫星数目多且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。6)提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求。五、G P S R T K 应用于工程测量中的优点4)仪器操作简便。目六、RTK技术在具体应用中的误差分析在RTK技术应用中,主要存在两类误差:一类是与测站有关的误差,包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。另一类是与距离有关的误差,包括轨道误差、电离层误差、对流层误差。下面
10、就上述误差进行分析:(1)天线相位中心变化。天线的机械中心和电子相位中心一般不重合,而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。因此不仅需要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械中心的变化,而且要定义整个可见天线的相位中心的变化。忽视天线相位中心的变化,可使点位坐标的误差一般达到3cm,最大可达到5cm。因此,若要提高精度,必须知道流动站天线和基准站天线的精确相位图形,据之改正其数据。六、R T K 技术在具体应用中的误差分析在R T K 技术应用中,主要六、RTK技术在具体应用中的误差分析(2)多路径误差。该误差是RTK技术定位测量中最严重的误差。它取决于天线周围的环
11、境,多路径误差一般为5cm,高反射环境下可达19cm。多路径误差可通过一些措施予以削弱:选择地形开阔、没有反射面的点位;采用具有削弱多径误差的各种技术的天线;采用扼流圈天线;基准站附近辅设吸收电波的材料;采用处理数据的新技术;接收机内采用专门的滤波器削弱数据中的多径误差等六、R T K 技术在具体应用中的误差分析(2)多路径误差。该误差六、RTK技术在具体应用中的误差分析(3)信号干扰。对于基准站而言,测试天线周围的电磁波干扰非常容易。干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离,改正这些影响的主要方法为选点时要仔细注意。(4)气象因素。根据研究发现,在天气急剧变化时,也能导致观测坐标的变
12、化。因此,在这种天气情况下,不宜进行RTK测量。(5)轨道误差。轨道误差只有几米,其残余的相对误差影响约为1ppm,就短基线(10km)而言,对其结果的影响可忽略不计,但对于20-30km的基线则可达到几厘米。六、R T K 技术在具体应用中的误差分析(3)信号干扰。对于基准六、RTK技术在具体应用中的误差分析(6)电离层误差。将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层误差的影响。电离层效应同太阳黑子活动密切相关。在太阳黑子平静期小于5ppm,当太阳黑子爆发时,其影响可达到50ppm。实践表明,在太阳黑子爆发的几天内,不但RTK测量无法进行,即使静态GPS也会受到严重的影响。(7)对流层误差
13、。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,一般可达到3ppm。为了保证RTK达到厘米级精度,要对测站有关的误差一起模拟。六、R T K 技术在具体应用中的误差分析(6)电离层误差。将L 1 人类进入21世纪,随着科学技术的速猛发展,RTK技术的发展趋势有:接收机小型化、增强抗树林遮挡和抗电波干扰的能力、降低码观测值和载波相位观测值的噪声、精化误差模型、生产接收双星座和多星座的接收机、室内实时定位等。GPS卫星定位系统在促进国民经济发展中起着非常重要的作用,是体现我国综合国力的一个重要指标,因此我们在今后要逐步实现GPS现代化)建立多个连续运行参考站的卫星定位系统即网络RTK技术。人类进入2 1 世纪,随着科学技术的速猛发展,R T K 技术
