RTK测量应用的现状分析
引言
随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。而目前使用最为广泛的快速高精度定位技术就是RTK（实时动态定位：Real-Time Kinematic），RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度（分米甚至厘米级）的定位。
1 RTK原理及实现条件
1.1 RTK的基本原理
RTK系统由一个基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成：GPS接收机、GPS天线、无线电通讯接收系统、供GPS接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。
基准站把接收到的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息（如基准站坐标天线高等）都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接收基准站传递的卫星数据。在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传递到控制器内并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求得移动站的坐标。
2.2 RTK正常工作的基本条件
（1）基准站和移动站同时接收到5颗以上的GPS卫星信号。
（2）基准站和移动站同时接收到卫星信号，且移动站接收到基准站发出的差分信号。
（3）移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁，否则RTK须重新初始化。
2 RTK技术的优缺点
2.1 RTK技术的优点
（1）作业效率高。在一般的地形条件下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径内测区的点位测量，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。只需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即可获得一组移动站的坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。
（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（一般为4km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度。如ASHTECH的Z-X RTK的点位测量精度可优于2.5cm。
（3）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”。因此，和传统测量相比，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，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的困难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业，使测量工作变得更轻松、更容易。
（4）RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种地形地籍测量的内、外业或工程放样工作。移动站利用其控制器内装备的软件控制系统，无须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。
2.2 RTK技术的不足及其应对措施
（1）受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国境内是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡的时间较长，使一天中可用于作业的时间受到限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现，作业时间受限制可通过选择作业时间来解决。
（2）天空环境影响。白天中午前后，由于受到电离层的干扰比较大，功用卫星数较少，RTK系统经常接收不到5颗卫星，因而初始化时间长，甚至不能初始化，也就无法进行测量。
（3）数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响作业精度和作业半径。在地形起伏，高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制，另外，当RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差就会超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
（4）初始化能力和所需时间问题。在山区，一般林区，城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都会受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型，如拥有先进技术的ASHTECHZ-X双频RTK测量系统，它能够在困难条件下快速初始化而获得厘米级精度。
（5）高程异常问题。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模型在有些地区，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大地高程转换至正常高系统的工作变得相当困难，精度也不均匀。
（6）电量不足问题。RTK耗电量较大，需要大容量电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制较大。
（7）精度和稳定性问题。RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是在稳定性方面，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。不同质量的RTK系统，其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题，首先就是要选用精度和稳定性能够都较好的高质量机种，然后，要在布设控制点时要多布设一些“多余”控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。
3 结论及展望
3.1 结论
（1）RTK省时高效，在一般条件下，能很快完成初始化（一般为十几秒，快的几秒）。在有遮挡的情况下或卫星分布不好时，初始化时间较长，有时甚至不能完成初始化。
（2）在满足“电磁波通视”的情况下，RTK工作半径能达到十几公里，在RTK的有效工作半径内，能达到厘米级精度，且平面精度要优于高程精度，可靠性好。
（3）RTK测量受信号遮挡情况、到基准站距离、卫星分布、天气条件等的影响，因此RTK实际作业时的关键问题是“选择”，包括选择机型，选择基准站控制点和作业时段，选择卫星高度角和数据链频率。
（4）RTK的关键技术是整周模糊度的快速解算和数据链的传送技术，这些技术的不同表现出各种机型功能质量高低的差异，RTK系统得质量越高，其初始化能力越强，受环境的限制越小，所需时间越短，精度越高，作业半径越大，因而效率也就越高。
3.2 展望
GPS RTK技术的强大功能和潜力尚未充分挖掘，与GIS集成、实时控制、综合自动化作业是未来的发展方向，随着科技的不断进步，精度更高、初始化速度更快、环境限制性更小、抗干扰能力更强的RTK系统将会很快出现。
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