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摘要：RTK技术是一种新的测量方式。本文主要针对RTK在地形测量和工程施工中的应用展开探讨，根据RTK技术原理和特点，介绍了RTK技术在实际的测量作业过程，并根据在测量作业过程中产生的误差进行分析并提出相关的认识，希望能对同行有一定的借鉴作用。
关键词：RTK技术；控制测量；基准站；移动站
RTK技术是在GPS基础上发展起来的，能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果，并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式。随着GPS测量技术的发展，RTK技术的应用领域扩大，它在各种地形测量、工程测量中有广泛应用，与常规测量方法相比大大地提高了测量效率和测量精度。特别是CORS站的建立，使得RTK的一次测量作业半径加大，并且三维定位精度可达到厘米级，因此RTK测量技术在测绘部门的应用领域会日益广泛。
1 RTK技术的原理及特点
1.1 RTK技术的原理
RTK技术是Real Time Kinematic(实时动态)的缩写，即实时载波相位差分技术，这种技术的功能主要是可以实时地测量各个测点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。它分为两类：修正法和差分法。修正法是将基准站所载波相位修正值传递给使用者，更改他所接收到的相位值；差分法是将基准站接收的载波相位传递给使用者，对该载波相位求差计算出用户坐标。
RTK技术的硬件系统是由基准站、GPS卫星和流动站三点构成。其技术原理是利用基准站里安放的GPS接收机连续搜索GPS卫星信号，将该站点的相关参数(如天线高、站点坐标等) 和搜索到的全部卫星信息(主要是载波相位测量值和伪距值)全部由无线电通讯设备发送到流动站。而此时流动站一边利用GPS接收机接收卫星信号，一边利用无线电通讯设备接收基准站发送过来的测量值，系统初始化完毕后，将接收到的所有数据发送到系统控制器中。系统控制器将自身收到的载波测量值和基准站的载波测量值通过差分方法对这些数据进行处理，实时地得到移动站的三维空间坐标、计算整周模糊度和了解该空间坐标的精度。根据这个结果，可监测计算值的收敛情况和基准站与移动站测量值的精度，实时地确定计算值的准确度。
1.2 RTK技术的特点
(1) 和传统测量技术相比，RTK技术不需要两点间光学通视的条件，只要达到“电磁波通视”要求即可，因此可以不用考虑通视性、空气能见度、天气等条件，能够全天候测量。
(2)该技术有较高精度等级、测量值参考性强，无误差积累的影响、只需达到RTK的正常作业要求，测量精度可以达到厘米级。
(3)测量工作高效，在普通条件下，高规格的RTK设站可对以基站为中心的4 km测量半径范围内展开作业可以使测量精度保持高度一致。降低了测量仪器的移动次数和传统测量所要求的控制点的个数。仅需一位技术人员操作数秒就可以获取点位的坐标值，外业用电纽操作，内业用计算机进行数据处理，工作量不大，并且降低测量成本。
(4)集成化自动化程度高、容易使用、有很强的数据处理能力。只需对其做些参数设置，就能轻松得到结果，可以迅速与计算机或其它测量仪展开通信，降低测量人员误操作的影响，使测量精度得到了很好的保证。
2 RTK技术基本的应用方法
RTK定位通常由一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台组成（如用GPRS模式可不需电台），在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，如坐标系统、控制点的坐标、高程、坐标系转换参数、水準面拟合参数等。
基准站一般架设在已知点(平面坐标或已知高程)上，点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面，如果事先没有确定地心坐标(WGS-84)与当地坐标系的转换参数，也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上，流动站依次在各控制点上观测WGS-84坐标以解算参数。基准站通过连接的电台将测站坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站，流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理，实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。系统的显著特点是GPS测量技术与数据传输技术组合而成，其数据传输由无线数据链完成，数据链采用UHF频段，具有可靠、稳定和抗干扰能力强的优点。
求解平面转换参数，至少要联测两个平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测三个高程点。为了提高地心坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点，转换参数的求得通常有两种方法：①充分利用已有的GPS控制网资料，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，基准站架设在已知点上实地虚拟联测，解算出转换参数；②基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的地心坐标，再在手簿解算出两坐标系之间的转换参数。
硬件连接示意图如下：
3RTK应用实例
3.1 RTK在控制测量中的应用
在桂林市某县9平方公里1:500土地整理项目地形测量中，一级控制网点选择GPS静态定位方法，在整个测区中布置。因为工期紧迫、任务繁重、测量区域广，只在该区域内布置4个GPS点作为一级控制点，这样可以为后期工程做铺垫，并且使测量精度达到较高的水平。
二级控制及图根控制采用RTK的技术优势进行测量较为方便。此次测量以密集型村庄和农田为主，基准站设置在测区的中部、地势较高的四层楼楼顶，符合基准站的架设条件，与已知点的距离在3km内。联测四个D级GPS点，采用两台双频GPS接收机实时动态测量模式。布点时为了方便测图使用和便于RTK测量等因素，尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响。实在无法回避的地方，配合全站仪采取部分导线测量的措施，这样有利于校核和碎部点测量。由于GPS并不需要点间通视，不必为通视的原因而搬站，大大减少了测量时间。RTK控制测量时，首先用参数法计算坐标转换参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量水平残差最大为±1.9cm，垂直残差最大为±0.4cm。为了提高待测点的观测精度，将碳纤杆在控制点上对中整平，采集十次取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。
RTK点十次观测值坐标较差最大值为±2.2cm，最小值为0.1cm。考虑到十次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度观测的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为±0.7cm，平均值中误差为±0.5cm（±0.7/）。这说明RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差(相对于起算点)不大于±5cm的要求。
在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。十次RTK高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm，最小为0cm.观测值中误差为±1.4cm，平均值中误差为±1.0cm。如果四等水准网高程中误差取±2.0cm，RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5.6cm。可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。计算得高程较差理论单位中误差为±3.0cm。显然，计算的高程较差单位中误差小于高程较差理论单位中误差，证明RTK高程测量能够满足《城市测量规范》对四等水准网的精度要求。
外业测量完毕后，将测量值发送到计算机中制成二级控制成果表及图根点成果表。
3.2 RTK碎部测量
利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，我们在本项目中用其进行地形的碎部测量，局部遮挡区域使用全站仪。以三台GPS基准站，六台移动站分区开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，将移动站碳纤杆在碎部点上对中整平,出现固定解后保存数据。RTK技术在位置宽广的区域采集率很高，一两秒内就可以求得固定解。地形点的采集可以单人作业，每个碎部点采集时间不超过3s(含点位代码输入)，因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势。每天外业完成后，将RTK采集数据导出到计算机中，转换为CASS软件相关的格式文件，在制图软件中根据展绘的测量点的位置高程，用草图或编码进行数字化制图。
局部地区采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立临时图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器转站，从而减少了因多次设站带来的测量误差传递，提高了全站仪碎部点采点的点位绝对精度，使GPS与全站仪优势互补。
3.3 RTK在工程施工中的应用
RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在精度允许的工程施工中作用尤其明显，特别是在道路测量放样及大面积勘察施工中。近期完成的中隐路勘察项目，长6.3公里，布孔192个。我们作业前先在室内建立好项目文件，将控制点和放样数据导入手薄。在道路中部選择地势较高且开阔点架设基站，开机后设置坐标系统，连接好GPS，设置基准站。在基准站发射信号后打开移动站接收机，连接并设置，在移动站出现窄带固定解后到业主提供的控制点〈不少于两点〉上采集WGS-84坐标。根据控制点的坐标点对，用“四参数+高程拟合”法计算坐标转换参数。我们采用两台接收机，预设机内精度指标5cm,在路两端点放样模式下同时作业，一天完成项目的放样工作。
4 RTK测量作业流程
5 对RTK测量的认识
(1) RTK技术受到基准站传播差分改正数有效范围的限制，在大区域实施作业时应注意其控制的有效范围，求解转换参数的已知点应分布均匀，水平、垂直残差宜在3.5cm以下。基准站尽可能设置在符合条件的已知点上，这对高程测量尤为重要。
(2)系统每次重启之后作业时，首先要测量已知控制点，尽可能地检测一定数量的测区内和相邻的控制点，以发现异常情况，并剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或工程项目的接边工作。
(3)系统测量工作开始后，要保证基准站与流动站能搜索到卫星数目大于4个，差分数据信号传输过程正常。测量时需采用一些方法来提高测量精度。如延长测量时间。架设对点器。选择有利观测时间。增加观测次数或改变基准站等。
(4)在RTK作业时，作业人员仔细检测高程值的改变，观测异常的高程值是否存在，还要关注差分数据信号及精度相关指标有没有差错，以避免因技术人员操作不当产生的误差，保证成果的正确性。
(5)辅于相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词：RTK技术；控制测量；基准站；移动站
RTK技术是在GPS基础上发展起来的，能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果，并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式。随着GPS测量技术的发展，RTK技术的应用领域扩大，它在各种地形测量、工程测量中有广泛应用，与常规测量方法相比大大地提高了测量效率和测量精度。特别是CORS站的建立，使得RTK的一次测量作业半径加大，并且三维定位精度可达到厘米级，因此RTK测量技术在测绘部门的应用领域会日益广泛。
1 RTK技术的原理及特点
1.1 RTK技术的原理
RTK技术是Real Time Kinematic(实时动态)的缩写，即实时载波相位差分技术，这种技术的功能主要是可以实时地测量各个测点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。它分为两类：修正法和差分法。修正法是将基准站所载波相位修正值传递给使用者，更改他所接收到的相位值；差分法是将基准站接收的载波相位传递给使用者，对该载波相位求差计算出用户坐标。
RTK技术的硬件系统是由基准站、GPS卫星和流动站三点构成。其技术原理是利用基准站里安放的GPS接收机连续搜索GPS卫星信号，将该站点的相关参数(如天线高、站点坐标等) 和搜索到的全部卫星信息(主要是载波相位测量值和伪距值)全部由无线电通讯设备发送到流动站。而此时流动站一边利用GPS接收机接收卫星信号，一边利用无线电通讯设备接收基准站发送过来的测量值，系统初始化完毕后，将接收到的所有数据发送到系统控制器中。系统控制器将自身收到的载波测量值和基准站的载波测量值通过差分方法对这些数据进行处理，实时地得到移动站的三维空间坐标、计算整周模糊度和了解该空间坐标的精度。根据这个结果，可监测计算值的收敛情况和基准站与移动站测量值的精度，实时地确定计算值的准确度。
1.2 RTK技术的特点
(1) 和传统测量技术相比，RTK技术不需要两点间光学通视的条件，只要达到“电磁波通视”要求即可，因此可以不用考虑通视性、空气能见度、天气等条件，能够全天候测量。
(2)该技术有较高精度等级、测量值参考性强，无误差积累的影响、只需达到RTK的正常作业要求，测量精度可以达到厘米级。
(3)测量工作高效，在普通条件下，高规格的RTK设站可对以基站为中心的4 km测量半径范围内展开作业可以使测量精度保持高度一致。降低了测量仪器的移动次数和传统测量所要求的控制点的个数。仅需一位技术人员操作数秒就可以获取点位的坐标值，外业用电纽操作，内业用计算机进行数据处理，工作量不大，并且降低测量成本。
(4)集成化自动化程度高、容易使用、有很强的数据处理能力。只需对其做些参数设置，就能轻松得到结果，可以迅速与计算机或其它测量仪展开通信，降低测量人员误操作的影响，使测量精度得到了很好的保证。
2 RTK技术基本的应用方法
RTK定位通常由一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台组成（如用GPRS模式可不需电台），在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，如坐标系统、控制点的坐标、高程、坐标系转换参数、水準面拟合参数等。
基准站一般架设在已知点(平面坐标或已知高程)上，点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面，如果事先没有确定地心坐标(WGS-84)与当地坐标系的转换参数，也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上，流动站依次在各控制点上观测WGS-84坐标以解算参数。基准站通过连接的电台将测站坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站，流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理，实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。系统的显著特点是GPS测量技术与数据传输技术组合而成，其数据传输由无线数据链完成，数据链采用UHF频段，具有可靠、稳定和抗干扰能力强的优点。
求解平面转换参数，至少要联测两个平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测三个高程点。为了提高地心坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点，转换参数的求得通常有两种方法：①充分利用已有的GPS控制网资料，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，基准站架设在已知点上实地虚拟联测，解算出转换参数；②基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的地心坐标，再在手簿解算出两坐标系之间的转换参数。
硬件连接示意图如下：
3RTK应用实例
3.1 RTK在控制测量中的应用
在桂林市某县9平方公里1:500土地整理项目地形测量中，一级控制网点选择GPS静态定位方法，在整个测区中布置。因为工期紧迫、任务繁重、测量区域广，只在该区域内布置4个GPS点作为一级控制点，这样可以为后期工程做铺垫，并且使测量精度达到较高的水平。
二级控制及图根控制采用RTK的技术优势进行测量较为方便。此次测量以密集型村庄和农田为主，基准站设置在测区的中部、地势较高的四层楼楼顶，符合基准站的架设条件，与已知点的距离在3km内。联测四个D级GPS点，采用两台双频GPS接收机实时动态测量模式。布点时为了方便测图使用和便于RTK测量等因素，尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响。实在无法回避的地方，配合全站仪采取部分导线测量的措施，这样有利于校核和碎部点测量。由于GPS并不需要点间通视，不必为通视的原因而搬站，大大减少了测量时间。RTK控制测量时，首先用参数法计算坐标转换参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量水平残差最大为±1.9cm，垂直残差最大为±0.4cm。为了提高待测点的观测精度，将碳纤杆在控制点上对中整平，采集十次取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。
RTK点十次观测值坐标较差最大值为±2.2cm，最小值为0.1cm。考虑到十次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度观测的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为±0.7cm，平均值中误差为±0.5cm（±0.7/）。这说明RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差(相对于起算点)不大于±5cm的要求。
在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。十次RTK高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm，最小为0cm.观测值中误差为±1.4cm，平均值中误差为±1.0cm。如果四等水准网高程中误差取±2.0cm，RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5.6cm。可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。计算得高程较差理论单位中误差为±3.0cm。显然，计算的高程较差单位中误差小于高程较差理论单位中误差，证明RTK高程测量能够满足《城市测量规范》对四等水准网的精度要求。
外业测量完毕后，将测量值发送到计算机中制成二级控制成果表及图根点成果表。
3.2 RTK碎部测量
利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，我们在本项目中用其进行地形的碎部测量，局部遮挡区域使用全站仪。以三台GPS基准站，六台移动站分区开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，将移动站碳纤杆在碎部点上对中整平,出现固定解后保存数据。RTK技术在位置宽广的区域采集率很高，一两秒内就可以求得固定解。地形点的采集可以单人作业，每个碎部点采集时间不超过3s(含点位代码输入)，因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势。每天外业完成后，将RTK采集数据导出到计算机中，转换为CASS软件相关的格式文件，在制图软件中根据展绘的测量点的位置高程，用草图或编码进行数字化制图。
局部地区采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立临时图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器转站，从而减少了因多次设站带来的测量误差传递，提高了全站仪碎部点采点的点位绝对精度，使GPS与全站仪优势互补。
3.3 RTK在工程施工中的应用
RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，在精度允许的工程施工中作用尤其明显，特别是在道路测量放样及大面积勘察施工中。近期完成的中隐路勘察项目，长6.3公里，布孔192个。我们作业前先在室内建立好项目文件，将控制点和放样数据导入手薄。在道路中部選择地势较高且开阔点架设基站，开机后设置坐标系统，连接好GPS，设置基准站。在基准站发射信号后打开移动站接收机，连接并设置，在移动站出现窄带固定解后到业主提供的控制点〈不少于两点〉上采集WGS-84坐标。根据控制点的坐标点对，用“四参数+高程拟合”法计算坐标转换参数。我们采用两台接收机，预设机内精度指标5cm,在路两端点放样模式下同时作业，一天完成项目的放样工作。
4 RTK测量作业流程
5 对RTK测量的认识
(1) RTK技术受到基准站传播差分改正数有效范围的限制，在大区域实施作业时应注意其控制的有效范围，求解转换参数的已知点应分布均匀，水平、垂直残差宜在3.5cm以下。基准站尽可能设置在符合条件的已知点上，这对高程测量尤为重要。
(2)系统每次重启之后作业时，首先要测量已知控制点，尽可能地检测一定数量的测区内和相邻的控制点，以发现异常情况，并剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或工程项目的接边工作。
(3)系统测量工作开始后，要保证基准站与流动站能搜索到卫星数目大于4个，差分数据信号传输过程正常。测量时需采用一些方法来提高测量精度。如延长测量时间。架设对点器。选择有利观测时间。增加观测次数或改变基准站等。
(4)在RTK作业时，作业人员仔细检测高程值的改变，观测异常的高程值是否存在，还要关注差分数据信号及精度相关指标有没有差错，以避免因技术人员操作不当产生的误差，保证成果的正确性。
(5)辅于相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
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