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RTK技術(shù)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用

2009年03月13日 11:33:59人氣：2280來源：北京星網(wǎng)宇達(dá)科技開發(fā)有限公司

【摘要】本文通過對國內(nèi)自主研發(fā)的單頻RTK產(chǎn)品進(jìn)行實地測試及數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步說明RTK的高精度、快速、簡潔易用等特性在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用意義。

1 引言

RTK測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。眾所周之，GPS測量工作模式有靜態(tài)、快速靜態(tài)和動態(tài)相對定位等，但用這些測量模式時，如果不與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)相結(jié)合，其定位結(jié)果均需要通過測后處理而獲得。由于測量數(shù)據(jù)需要在測后處理，所以上述幾種測量模式均無法實時地給出觀測站的定位結(jié)果，而且也不能對基準(zhǔn)站和用戶觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行實時地檢驗，因而難以避免在后處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)不合格的測量成果，造成需進(jìn)行返工重測的情況。

過去解決這一問題的措施，主要是延長測量時間，以獲得大量的多余數(shù)據(jù)，來保障測量結(jié)果的可靠性，但是這樣大大降低了測量工作的效率。

實時動態(tài)測量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測，并將其測量數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過實時計算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測基準(zhǔn)站與用戶站測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，從而可實時地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余測量，縮短測量時間。

2 RTK技術(shù)原理

RTK（Real Time Kinematic）實時動態(tài)定位技術(shù)，是一項以載波相位觀測為基礎(chǔ)的實時差分GPS測量技術(shù)，是利用兩臺或兩臺以上GPS接收機(jī)同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標(biāo)點上作為基站，其它作為移動站。在RTK作業(yè)模式下，基站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給移動站。移動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理，同時給出毫米級的定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。移動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上*行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，移動站可隨時給出毫米級定位結(jié)果。RTK技術(shù)受外界條件限制小，只要滿足工作條件，就能快速、高精度地完成定位作業(yè)。

3 RTK測量系統(tǒng)的構(gòu)成

RTK測量系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：

● GPS接收設(shè)備；

● 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；

● 軟件系統(tǒng)。

3.1 GPS接收設(shè)備

RTK測量系統(tǒng)中，至少包含二臺接收機(jī)，分別安置在基站和移動站上?；緫?yīng)設(shè)在測區(qū)內(nèi)地勢較高，視野開闊，且坐標(biāo)已知的點上。在城區(qū)可考慮設(shè)在樓頂平臺上。作業(yè)期間，基站的接收機(jī)應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見GPS衛(wèi)星，并將測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實時地發(fā)送給移動站。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，由基站的發(fā)射臺和移動站的接收臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備要充分保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，其頻率和功率的選擇主要決定于移動站與基站間的距離、環(huán)境質(zhì)量及數(shù)據(jù)的傳輸速度。

3.3 支持實時動態(tài)測量的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的質(zhì)量與功能，對于保障實時動態(tài)測量的可行性測量結(jié)果的性與可靠性，具有決定性的意義。

4 RTK產(chǎn)品的測試

此次測試的產(chǎn)品為北京星網(wǎng)宇達(dá)科技開發(fā)有限公司（）提供的XW-GPS1010、XW-GPS1020 RTK系統(tǒng)。此款產(chǎn)品為該公司自主研發(fā)，采用單頻GPS載波測量技術(shù)，作用距離在2Km內(nèi)靜態(tài)水平精度為±3mm+1ppm、高程精度為±6mm+1ppm，標(biāo)稱精度可與雙頻RTK系統(tǒng)相媲美，屬于RTK中的產(chǎn)品。

XW-GPS1020指標(biāo)：

作用距離		＜2Km
精度	水平精度	±3mm+1ppm
	高程精度	±6mm+1ppm
	授時精度	50ns
定位時間	熱啟動	＜3.5 秒
	溫起動	33 秒
	冷起動	34 秒
	信號重捕獲	＜1 秒
接收機(jī)性能		16通道L1頻率；C/A碼
接口特性		TTL；波特率9600～115200bps
靈敏度	捕獲靈敏度	-148dBm
	跟蹤靈敏度	-158dBm
	冷啟動靈敏度	-142dBm
電氣性能	電壓	+5VDC
電氣性能	功耗	1.0W（XW-GPS1010 OEM） 1.4W（XW-GPS1020 OEM）
物理指標(biāo)	尺寸	71×46×10mm（L×W×H）
物理指標(biāo)	重量	19±1g（XW-GPS1010 OEM） 22±1g（XW-GPS1020 OEM）
環(huán)境參數(shù)	工作溫度	-40℃～+80℃
環(huán)境參數(shù)	儲存溫度	-40℃～+125℃

實驗采用定點測試的方法，主要觀察RTK系統(tǒng)在城區(qū)實際應(yīng)用中的有效性及測量精度。由于在城區(qū)高樓林立、高空遮擋嚴(yán)重，對GPS信號的干擾較為嚴(yán)重，容易造成無法接受衛(wèi)星信號及樓體對衛(wèi)星信號的多路徑干擾等等，因此，我們的測試地點選為某高層寫字樓的樓頂，這樣能盡量減少遮擋及多路徑干擾等問題。

測試分為5米定點距離測試和變換定點距離測試兩種：

5米定點距離測試：基站固定不動，在以基站為圓心5米為半徑的圓周上隨機(jī)取三個點，將移動站分別放在三個點上進(jìn)行測量。

變換定點距離測試：基站固定不動，以基站為原點分別取距其2米、3米、4米三個點，將移動站分別放在這三個點上進(jìn)行測量。

1）架裝天線

在測試場地隨機(jī)選取一較為開闊地點固定基站，為方便量取所需距離，使用測量型三腳架架起天線，只要保證天線的相位中心與三腳架支點垂直于一線即可。

北京星網(wǎng)宇達(dá)科技開發(fā)有限公司（）提供的GPS接收天線為單頻零相位測量型天線，其相位中心即為天線圓盤的中心點，因此我們只需手動調(diào)整三腳架為水平即可。

2）連接RTK基站---XW-GPS1010。

該接收機(jī)為直流12V供電，一般蓄電池都可以支持，在室外使用非常方便。接收機(jī)的外殼上有兩個天線接口，一個連接數(shù)傳電臺的天線，另一個為連接GPS接收天線。

3）連接RTK移動站---XW-GPS1020。

在事先測量好距離的點上，用相同的方法固定好天線。然后依次接好數(shù)傳電臺的天線和GPS接收天線。XW-GPS1020也是直流12V供電。

基站與移動站之間的zui大距離為兩公里

4）數(shù)據(jù)的讀取

此套RTK系統(tǒng)的上位機(jī)軟件為北京星網(wǎng)宇達(dá)科技開發(fā)有限公司（）專為該系統(tǒng)自主研發(fā)，顯示數(shù)據(jù)齊全，圖形清晰，簡單易操作。

上電后基站會把衛(wèi)星誤差數(shù)據(jù)通過無線傳輸傳到移動站，移動站通過內(nèi)部算法優(yōu)化后輸出的位置信息。這一階段需要幾分鐘的解算過程，解算完成后，上位機(jī)軟件中的GPS狀態(tài)位將從開始的不可用變?yōu)?ldquo;RTK OK”，即表示為現(xiàn)在的輸出數(shù)據(jù)已達(dá)到RTK精度的要求。

測試結(jié)果

（注：由于量取距離是手工操作，所以允許存在少許誤差，不影響zui后的測試結(jié)果。）

1）5米定點距離測試

點1

結(jié)果：在點1處系統(tǒng)的水平精度為1.49mm

點2

結(jié)果：在點2處系統(tǒng)的水平精度為1.39mm

點3

結(jié)果：在點3處系統(tǒng)的水平精度為1.84mm

2）變換定點距離測試

2米

結(jié)果：在2米距離處系統(tǒng)的水平精度為1.93mm

3米

結(jié)果：在3米距離處系統(tǒng)的水平精度為3.11mm

4米

結(jié)果：在4米距離處系統(tǒng)的水平精度為1.49mm

5 結(jié)論

經(jīng)過實際測試，北京星網(wǎng)宇達(dá)科技開發(fā)有限公司的XW-GPS1010/1020 RTK系統(tǒng)定位精度可達(dá)到甚至優(yōu)于其標(biāo)稱精度。其的可靠性、靈活的組網(wǎng)方式、快捷的本地服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為我國高精度測量設(shè)備的研發(fā)、推廣及應(yīng)

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)傳電臺

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