摘要：RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是在GPS技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的實(shí)時(shí)載波相位差分測(cè)量技術(shù)，它在測(cè)量過程中可以實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)精度的三維坐標(biāo)。RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器相比具有作業(yè)條件要求低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，在工程測(cè)量中的應(yīng)用及推廣可以覆蓋控制測(cè)量、碎部測(cè)量、施工放樣、水下測(cè)量和斷面及線路測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。本文發(fā)表在《計(jì)算機(jī)科學(xué)》上，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用論文發(fā)表范例，供計(jì)算機(jī)工程師職稱評(píng)審參考。

　　關(guān)鍵詞： RTK技術(shù);工程測(cè)量;應(yīng)用

　　一、 RTK技術(shù)

　　RTK定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)測(cè)量的基本原理是：在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶流動(dòng)站。在用戶流動(dòng)站上，GPS接收機(jī)在接收到GPS衛(wèi)星的同時(shí)，通過無線電設(shè)備，也接收到基準(zhǔn)站傳輸來的觀測(cè)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度。其精華就是以載波相位觀測(cè)值為基礎(chǔ)。

　　二、RTK測(cè)量的基本原理

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(Real Time Kinematic——RTK)測(cè)量系統(tǒng)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，而構(gòu)成的組合系統(tǒng)。是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破。

　　RTK測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTD GPS)測(cè)量技術(shù)。我們知道，GPS測(cè)量工作的模式有多種，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)相對(duì)定位等。但是，利用這些測(cè)量模式，如果不與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相結(jié)合，其定位結(jié)果均需通過觀測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)后處理而獲得。由于觀測(cè)數(shù)據(jù)需在測(cè)后處理，所以上述各種測(cè)量模式，不僅無法實(shí)時(shí)地給出觀測(cè)站的定位結(jié)果，而且也無法對(duì)基準(zhǔn)站和用戶站觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，進(jìn)行實(shí)時(shí)地檢核，因而難以避免在數(shù)據(jù)后處理中發(fā)現(xiàn)不合格的觀測(cè)成果，需要進(jìn)行返工重測(cè)的情況。過去解決這一問題的措施，主要是延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，以獲取大量的多余觀測(cè)量來保障測(cè)量結(jié)果的可靠性。但這樣以來，便顯著地降低了GPS測(cè)量工作的效率。

　　在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級(jí)。這樣通過實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)結(jié)果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，從而可實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余觀測(cè)，縮短觀測(cè)時(shí)間。

　　單基站RTK技術(shù)。CORS站網(wǎng)由若干個(gè) CORS站組成，GPS 差分信號(hào)可從各個(gè)CORS站發(fā)出，也可從數(shù)據(jù)中心發(fā)出。在這種網(wǎng)絡(luò) RTK 模式下，每個(gè)基準(zhǔn)站服務(wù)于一定作用半徑的GPS用戶，對(duì)于一般的RTK應(yīng)用，服務(wù)半徑可以達(dá)到30km。GPS 差分?jǐn)?shù)據(jù)播發(fā)的數(shù)據(jù)鏈，可以用無線電臺(tái)，也可用公用無線通信網(wǎng)，如移動(dòng)GSM/GPRS或聯(lián)通CDMAIX。單工站CORS就是只有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行站。

　　類似于一加一的RTK，只不過基準(zhǔn)站由一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站代替，基站同時(shí)又是一個(gè)服務(wù)器，通過軟件實(shí)時(shí)查看衛(wèi)星狀態(tài)、存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)向Internet發(fā)送差分信息以及監(jiān)控移動(dòng)站作業(yè)情況。移動(dòng)站通過 GPRS、CDMA網(wǎng)絡(luò)兩種通訊方式基站服務(wù)器進(jìn)行通訊。

　　多基站CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。多基站CORS是指分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺(tái)連續(xù)運(yùn)行的基站，每個(gè)基站都是一個(gè)單基站系統(tǒng)，由控制軟件自動(dòng)計(jì)算流動(dòng)站與基站間的距離，選點(diǎn)距離最近的CORS基站作為RTK 差分作業(yè)的參考站。

　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)不同行業(yè)建設(shè)的CORS系統(tǒng)基本上還是獨(dú)立運(yùn)行的，很多單位的數(shù)據(jù)只在本單位甚至是本部門內(nèi)共享和利用。在當(dāng)前技術(shù)水平和市場(chǎng)可供產(chǎn)品條件下，根據(jù)本部門實(shí)際情況，從提高投資效益角度出發(fā)，選擇單基站和多基站CORS系統(tǒng)是適合一些地、市、縣測(cè)繪部門的優(yōu)選方案。

　　三、RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　與常規(guī)測(cè)量?jī)x器相比主要有以下優(yōu)點(diǎn)：(一)作業(yè)效率高。這是RTK技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)，在一般地形，將RTK設(shè)在較高的開闊位置，一次可施測(cè)半徑約為4km的范圍，大大減少了常規(guī)測(cè)量?jī)x器的搬站次數(shù)和對(duì)控制點(diǎn)數(shù)量的要求。在一般的電磁波環(huán)境中幾秒鐘即可測(cè)得一點(diǎn)坐標(biāo)。(二)作業(yè)條件要求低，自動(dòng)化程度高。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間通視，只要求有電磁波信號(hào)，所以它受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，作業(yè)自動(dòng)化程度高。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)一般至少要接收5顆衛(wèi)星才能進(jìn)行，為得到厘米級(jí)的測(cè)量精度，測(cè)量前必須進(jìn)行初始化，雙頻RTK大大縮短了初始化時(shí)間，而且可以在運(yùn)動(dòng)中初始化。(三)自動(dòng)化、智能化程度高。操作簡(jiǎn)便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算執(zhí)、其他測(cè)量?jī)x器通據(jù)。如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。(四)成果質(zhì)量有保證。PTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)量功能強(qiáng)大。PTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站采用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。PTK測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全部由測(cè)電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)誤差計(jì)算。在中線放樣的同時(shí)完成中樁抄平工作。

　　四、 RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用及推廣

　　RTK定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在工程測(cè)量中的應(yīng)用及推廣可以覆蓋控制測(cè)量、碎部測(cè)量、施工放樣、水下測(cè)量和斷面及線路測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。

　　(一)控制測(cè)量

　　控制測(cè)量是工程建設(shè)、管理和維護(hù)的基礎(chǔ)，控制網(wǎng)的網(wǎng)型和精度要求與工程項(xiàng)目的性質(zhì)、規(guī)模密切相關(guān)。城市控制網(wǎng)具有面積大、精度高、使用頻繁等特點(diǎn)，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(cè)量的進(jìn)度。一般的工程控制網(wǎng)覆蓋面積小、點(diǎn)位密度大、精度要求高。用常規(guī)控制測(cè)量如：導(dǎo)線測(cè)量、邊角網(wǎng)，要求點(diǎn)間通視，且多數(shù)需要分段施測(cè)，以避免積累過大的誤差，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻。如何快速精確地提供控制點(diǎn)，直接影響工作的效率。采用RTK技術(shù)測(cè)量，只需在測(cè)區(qū)內(nèi)或測(cè)區(qū)附近的高等級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，流動(dòng)站直接測(cè)量各控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，對(duì)不易設(shè)站的控制點(diǎn)，可采用手簿提供的交會(huì)法等間接的方法測(cè)量。采用載波相位靜態(tài)差分技術(shù)，可以保證達(dá)到毫米級(jí)精度。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不需要通視，可以敷設(shè)很長(zhǎng)的GPS點(diǎn)構(gòu)成的三角鎖，以保持長(zhǎng)距離線路坐標(biāo)控制的一致性，同時(shí)還具有點(diǎn)位選擇限制少、作業(yè)時(shí)間短、成果精度高、工程費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于建立工程勘探、施工控制網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)等具有顯著的優(yōu)勢(shì)。與靜態(tài)GPS測(cè)量相比，能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，不需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，出現(xiàn)內(nèi)業(yè)精度不符合要求返工的情況，縮短了作業(yè)時(shí)間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3~5倍。

　　(二)碎部測(cè)量與放樣

　　RTK技術(shù)可應(yīng)用于測(cè)繪地形圖、地籍圖、測(cè)繪房地產(chǎn)的界址點(diǎn)、平面位置的施工放樣等。傳統(tǒng)的平板儀測(cè)圖、電子平板測(cè)圖，需要布設(shè)圖根控制點(diǎn)，并要求測(cè)站與測(cè)點(diǎn)之間能通視，至少需要2-3人操作。如果直接用RTK測(cè)圖的話，可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，測(cè)圖時(shí)僅需一個(gè)人背著儀器到測(cè)點(diǎn)上呆上1-2秒鐘并同時(shí)輸入特征編碼，依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)點(diǎn)，便可以高精度并快速的測(cè)定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)。在室內(nèi)繪圖時(shí)，把區(qū)域內(nèi)的地形、地物特征點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，即可由繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測(cè)圖的難度，既省時(shí)又省力。采用RTK技術(shù)進(jìn)行放樣，只需將參數(shù)如放樣起點(diǎn)終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，可以按樁號(hào)也可以按坐標(biāo)放樣，并能隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直到誤差小于設(shè)定值為止。由于每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量都是獨(dú)立的完成的，不會(huì)產(chǎn)生累積誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。不像常規(guī)放樣那樣，需要后視方向、用解析法標(biāo)定，因而簡(jiǎn)捷易行。

　　(三)水下測(cè)量

　　水下測(cè)量一直是我們工作的一個(gè)難點(diǎn)，用常規(guī)方法測(cè)量，速度慢精度差。如果進(jìn)行大面積水下測(cè)量，東北地區(qū)只能在冬天靠冰眼的方法來進(jìn)行測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，RTK配合測(cè)深儀進(jìn)行水下地形測(cè)量，改變了傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量方法，解決了大面積水域測(cè)量難定位、精度差的難題，使水下地形測(cè)量自動(dòng)成圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在實(shí)際作業(yè)中，首先把GPS基準(zhǔn)站在岸上架設(shè)好，然后在船上把GPS流動(dòng)站、測(cè)深儀、手提電腦連接好，確認(rèn)無誤后，輸人各種參數(shù)和數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過程中，可在計(jì)算機(jī)屏幕上看見船的實(shí)時(shí)位置，可隨時(shí)校正船的方向。外業(yè)結(jié)束后，可以用專業(yè)軟件處理數(shù)據(jù)資料，生成水下地形圖。如果沒有測(cè)深儀，可以采用Rl，K定位，用測(cè)深尺量測(cè)水深的方法，最后用展點(diǎn)程序把點(diǎn)位展到繪圖軟件中，生成水下地形圖。這個(gè)方法只適用于小面積的水下測(cè)量作業(yè)中。

　　(四)斷面及線路測(cè)量

　　在常規(guī)斷面測(cè)量中，由于遮擋或距離過長(zhǎng)等原因，要不斷地轉(zhuǎn)站來滿足測(cè)量的需要，耗費(fèi)大量的人力、物力。采用RTK作業(yè)，首先把各拐點(diǎn)坐標(biāo)輸人手薄，在實(shí)際測(cè)量中，調(diào)出所要測(cè)的兩點(diǎn)坐標(biāo)，手簿內(nèi)自動(dòng)生成一條直線(斷面線)，并顯示在屏幕上，手簿同時(shí)顯示測(cè)量員所在原位置和距離起始點(diǎn)的樁號(hào)，這樣測(cè)量員就可以知道自已是否在斷面線上，也可以知道點(diǎn)位間距的大小。這樣就避免了偏離方向和點(diǎn)位間距疏密不等。在大的斷面測(cè)量中，如果拐點(diǎn)很多，可以分成幾段同時(shí)測(cè)量。在測(cè)量時(shí)要注意記好點(diǎn)號(hào)和植被注記，如果分成幾段測(cè)量，注意點(diǎn)號(hào)不能重復(fù)，以免內(nèi)業(yè)處理時(shí)出錯(cuò)。由于RTK只是測(cè)量出各點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，而斷面要用累加距離來表示，這就需要用Excel或其它軟件換算過來。Excel的公式計(jì)算功能可以很方便的求出各點(diǎn)的間距和累加距，最后應(yīng)用斷面CAD軟件可以直接生成斷面，實(shí)現(xiàn)斷面的數(shù)字化測(cè)量。

　　五、結(jié)束語

　　總而言之，隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測(cè)量的初始化速度、成果精度及可靠性會(huì)越來越高。其應(yīng)用領(lǐng)域還將進(jìn)一步擴(kuò)大。我們可以期待未來在大區(qū)域的地面沉降測(cè)量、建筑物變形監(jiān)測(cè)、精密設(shè)備的安裝等諸多方面都將采用RTK技術(shù)。RTK的應(yīng)用與研究必將進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]于來法.我國(guó)工程測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)及倡議目標(biāo)[J].測(cè)繪通報(bào)，1996(2).

　　[2]徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用(修訂版)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2000.

　　[3]鄔曉光，黃北新，丁銳.GPS-RTK技術(shù)在城市測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市勘測(cè)，2004(1).

　　免費(fèi)論文網(wǎng)投稿須知：《計(jì)算機(jī)科學(xué)》雜志于1974年1月經(jīng)中華人民共和國(guó)新聞出版署批準(zhǔn)為公開發(fā)行期刊，原刊名為《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與應(yīng)用數(shù)學(xué)》，1979年1月更名為《計(jì)算機(jī)科學(xué)》。主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，涉及面廣的方法論與技術(shù)，和反映新苗頭、能起承先啟后作用的研究成果。郵發(fā)代號(hào)：78-68。