一篇文章學會RTK測量技術

一、GNSS介紹

1、GNSS的現狀及未來

GNSS：

GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球導航衛星系統的英文縮寫，它是所有全球導航衛星系統及其增強系統的集合名詞，是利用全球的所有導航衛星所建立的覆蓋全球的全天侯無線電導航系統。目前可供利用的全球衛星導航系統有美國的GPS和俄羅斯的GLONASS以及未來歐洲的Galileo。

2. GNSS的應用行業

3. 衛星定位技術的發展

傳統的RTK技術 — 電臺、GPRS/CDMA

網絡RTK技術 — 天寶的VRS、Leica的主輔站技術

二、傳統RTK以及儀器的操作

1. 傳統RTK的含義

常規的GPS測量方法，如靜態、快速靜態、動態測量都需要事後進行解算才能獲得釐米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到釐米級定位精度的測量方法，它採用了載波相位動態實時差分（Real - time kinematic）方法，是GPS應用的重大裡程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

2. 傳統RTK的工作原理

RTK的工作原理是將一臺接收機置於基準站上，另一臺或幾臺接收  機置於載體（稱為流動站）上，基準站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然後將這個改正值通過無線電數據鏈電臺及時傳遞給共視衛星的流動站精化其GPS觀測值，從而得到經差分改正後流動站較準確的實時位置。

3. 傳統RTK的數據鏈

數據鏈通訊：

1）電臺模式： 

UHF(Ultra High Frequency)超高頻率，頻率300MHz-300KMHz（波長屬微波： 波長1M-1MM，空間波，小容量微波中繼通信 ）——410-430MHz /450-470MHz

VHF(Very High Frequency)甚高頻（3MHz～30MHz屬短波： 波長100M-10M，空間波 ）——220-240MHz

2）網絡模式：

GPRS（General  Packet  Radio Service）中文是通用分組無線業務，是在現有的GSM系統上發展出來的一種新的分組數據承載業務 ；CDMA為碼分多址數字無線技術 

4. 接收機及信號燈介紹

1）接收機外觀

2）指示燈及按鍵說明：

備註：

接收機開機默認 RTK 模式，如需切換到靜態模式，按住切換鍵不放，直到數據採集燈熄滅時鬆開，切換為靜態模式。若需從靜態模式切換到 RTK 模式，按住切換鍵不放，直到4個燈同時閃爍時鬆開，切換為 RTK 模式。

串口常用於連接計算機，無線電埠用於連接棒狀天線和無線電接收天線。

5. 電臺模式及具體操作

1）電臺作業模式介紹

電臺作業模式是指數據鏈通過無線電進行發射和接收的工作模式，電臺的頻率一般採用 UHF（全稱 Ultra High Frequency 超高頻率，頻率 300MHz-300KMHz）,一般市場上的頻率範圍在450-470MHz 屬於高頻，當然也有用 410-430MHz 屬於低頻，而華測無線電發射採用華測自製 DL5-C 電臺，頻率在 450-470MHz。

基準站的架設

2）電臺模式連接圖示

電臺模式整體連接圖

加長杆連接圖

電臺連接圖

3）DL5-C 電臺的設置

在電臺作業模式下時，使用電臺面板開關鍵打開電臺，使用信道切換鍵和功率切換鍵對功率和頻率進行相應設置。

電臺面板及各功能示意圖

使用【功率】切換鍵設置電臺的功率。【紅-高】燈亮起，默認功率 20W（通 過寫頻軟體可設置為 28W）；【藍-低】燈亮起，默認功率 5W（通過寫頻軟體 可設置為 10W）。功率跟作業距離有關，一般設置為【藍-低】，默認功率為 5W，空曠地區作業距離即可達到 10 公裡左右。功率越大作業距離越遠，但長時間大功率作業會導致電臺過熱而減少電臺的使用壽命，故在滿足作業距離的條件下，功率越小越好。

當基準站啟動成功（即基站發送數據燈 1s 閃一次），連接線都正常的情況 下，電臺發射指示燈一秒閃爍一次，表明數據在正常發射。

4）移動站設置

對於電臺作業模式下如果基準站發射成功，移動站會收到差分信號，通過

看移動站主機的接收數據燈是否閃爍來判斷，如果一秒一次，表示收到差分信號，如果手簿上沒有顯示「浮動」或者「固定」，則需重新啟動及檢查相關設置。

移動站收到差分信號後會有一個「單點定位」→「浮動」→「固定」的 RTK初始化過程。

單點定位——接收機未使用任何差分改正信息計算的 3D 坐標；

浮動——移動站接收機使用差分改正信息計算的當前相對坐標。但對於浮點解來講，相位的整周模糊度參數未能固定為一整數，而是用浮點的估值來替代它。不建議在此情況下測點；

固定——在 RTK 模式下，整周模糊度參數固定後，移動站接收機計算的當前相對坐標。達到固定解後即可開始測量。

RTK 初始化時間，根據衛星 PDOP 值、周圍環境、基站距離，或長或短， 正常一般在開機後 90 秒左右。

6. 網絡模式及具體操作

GPRS（網絡）模式是指基準站和移動站都採用行動網路進行通訊的工作模式。移動通訊包括 GPRS 和 CDMA 兩種通訊方式：GPRS（General Packet Radio Service）中文全稱通用分組無線業務，是在現有的 GSM 系統上發展出來的一種新的分組 數據承載業務；CDMA 中文全稱碼分多址數字無線技術。GPRS 基準站和移動站可通過GPRS 或 CDMA 行動網路進行通訊。

基準站架設圖示

1）基準站架設要求

2）基準站設置注意事項

3）CORS作業模式下的操作

採用 CORS 進行作業，它具有無需架設基準站、定位精度高、覆蓋範圍廣等優勢，其應用正日趨廣泛。CORS 系統採用的是網絡 RTK 技術，如虛擬參考站 技術（VRS）、主輔站技術以及 FKP 等。CORS 移動站一般也是通過 GPRS 或 CMDA 行動網路進行通訊，從而獲得 CORS 中心提供的差分信號進行差分。

 CORS移動站的操作主要是進行CORS的登陸，設置IP、埠、APN、用戶名和密碼。

移動站設置完之後，顯示「登陸成功」移動站收到差分信號後會有一個：

「單點」→「浮動」→「固定」的RTK初始化過程。

三、手簿的功能與操作

1. 新建工程介紹

點擊主菜單【工程】→【工程管理】→【新建+】進入創建工程嚮導， 如圖所示，彈出新建對話框，在「工程名」中輸入工程名稱；「作者」中輸 入操作員的姓名；「日期」默認是當地時間；「時區」是指當地時間和 GPS 時間 相差的時區，可以在下拉列表中選擇-12 時區到+12 時區。

完全新建工程任務，直接點擊【下一步】按鈕設置相關參數，進入選擇常用坐標系模板，用戶通常可以在默認的坐標系列表中選擇自 己要使用的坐標系，如果模板中沒有可使用坐標系，則可以選擇「默認坐標系。

再點擊【下一步】按鈕，進入基準參數設置，用戶可以通過模型進行選擇， 「模型」中包括七參數，三參數和無轉換三種類型

點擊【下一步】按鈕，進入投影參數設置，用戶可以通過投影模型下拉列表框選擇用戶所需的投影模型類型；「正方向」默認選擇的是北和東方向；用戶還 可以通過選中「南方位角」，來調整坐標系的方向。

最後點擊【完成】完成新建工程的創建工作。

2. 點效正

【高程擬合方法】：目前支持固定差、平面擬合、曲面擬合、TGO 方法。 點對列表顯示區：包括數量，GNSS 點，已知點，水平殘差，垂直殘差和方

法，增加的所有點對都會在列表中作顯示.

【添加】：增加校正點點對，GNSS 點和已知點，並選擇方法水平，垂直或水平和垂直。

【移除】：移除選中的校正點點對。

【細節】：查看選中的校正點點對信息。 點校正方法：若已知點沒有高程，校正方法選擇水平，既有水平坐標又有高程，則校正方法選擇水平+垂直，高程擬合方法默認為固定差，可根據實際情況 進行選擇，增加點對最好在 3 對點以上。

點擊【計算】應用之後提示「替換工程當前的校正參數」，選擇「是」 會將當前計算的校正參數應用到坐標系參數中，對整個工程任務生效，並顯示校正參數界面，用戶登錄查看平面校正和高程擬合參數，否則參數會顯示為0。

注 意：

a、有三個或以上控制點參與平面「點校正」後才有水平參差，水平參差一般不要大於0.015m；有四個或以上的控制點參與垂直「點校正」後才有垂直參差，垂直參差一般不要大於0.02m。

b、點校正結束後，就可以直接進行測量工作。

c、參與點校正的控制點一定要分布合理，避免線性分布，最好能覆蓋整個測區，避免短邊控制長邊。

3. 基站平移

經由主菜單【測量】→ 【基站平移】進入基站平移。基站發生移動，或者未知點啟動基站後基站重啟，都需要做基站平移，找已知點，測量該點坐標，來計算基站平移量，並應用，對當前基站坐標下所有測量點生效保持基站坐標的參 考坐標系和上一基站的相同。

進入基站平移，，已知點「庫選」選擇已知點的坐標，點擊 GNSS 點「庫選」選擇剛才在已知點上測量的點坐標，軟體會自動計算出基站平移量， 點擊「應用」。軟體提示：已平移基站 base_和相關測量點，是否打開點庫？選 擇【是】則會打開點庫，同時平移量會作用到該基站下所有測量點，平面坐標會發生改變。

4. 坐標系參數

1）橢球

橢球界面，包括橢球名稱、半長軸、扁率倒數三項。根據不同地 區在名稱欄下拉框中選擇相應橢球，半長軸和扁率倒數無需設置，為默認值即可。

2）投影

投影界面，可以選擇不同投影模型，並顯示各投影模型的參數。同時，可對投影模型參數進行設置，如原點緯度、中央子午線、投影高程等。

3）基轉轉換

基準轉換，包括無轉換、7 參數、3 參數三種，用戶如果有當地的 七參數可直接輸入則不需點校正。

4）平面校正

經過點校正並應用後，校正參數會在坐標系參數界面顯示出來,用戶登錄成 功後可查看。平面校正目前支持 TGO 方法

5）高程擬合

高程擬合目前支持四種算法：固定差、平面擬合、曲面擬合和 TGO 方法，默認選擇固定差。

5. 點測量

1）界面介紹

視圖區域：當前測量區域已經測量的普通點、快速點、控制點的顯示。有北方向、動態比例尺顯示，懸浮視圖操作按鈕可供對視圖進行各種操作。

坐標顯示：點擊【居中】切換到當前位置，實時顯示當前平面坐標。

控制項列表：可以直接進入點管理實時查看測量點。

測量點名：可以手動修改，測完一點後，點名會按名稱步進值自動累加。 

代碼：可直接輸入，也可點擊【向右】，選擇預定義的代碼。

天線：天線高。包括設置：天線類型、測量到、天線的高度，

天線類型：內置了華測品牌各型號接收機天線參數，並支持天線參數的新 建和用戶自定義天線的刪除。

測量到：底部、中部、相位中心，三選一。

高度：填寫移動站高度。

2）測量模式

常規模式：點擊【測量】按鈕則開始測量。

補償點測量：點擊圖示選擇補償點測量選項，將對中杆底部對準測量點傾斜對中杆（≤30°）點擊測量即可，軟體自動保存轉換過後的正確點位三維坐標。

連續測量：點擊【測量】按鈕則進入連續測量模式參數設置界面。測量方法分為固定時間、固定距離等，表示在運動的過程中每隔用戶所設定時間或距離，手簿隨機記錄一個點。

6. 點放樣

點放樣界面包含視圖區域、坐標顯示區域、按鈕三大部分。

視圖區域：顯示當前點到目標點的方向線。有了具體放樣目標後，會實時顯示偏移量， 距離，方位角等。

坐標顯示區域：實時顯示當前平面坐標，點擊切換後可顯示當前點到放樣點的偏移量、距離、 高差、俯仰角、方位角，隨著放樣操作者的移動，數值和視圖會發生變化。

列表:從【點管理】中選擇要放樣的點後，在【待放樣點】查看點放樣任務.

代碼：可直接輸入，也可點擊【向右】，選擇預定義的代碼。

上一個：點擊後，顯示當前放樣列表中，當前放樣任務的上一個任務。 

下一個：點擊後，顯示當前放樣列表中，當前放樣任務的下一個任務。

開始測量：正確輸入天線高度和測量到後，測量得出所放點的坐標和設計坐標的差值。

7. 線放樣

線放樣界面包含視圖區域、坐標顯示區域、按鈕三大部分。

視圖區域：顯示當前點到放樣線最近點的方向線，有了具體放樣目標後， 會實時顯示當前點到放樣線上目標點的偏移量，距離，方位角等。

坐標顯示區域：實時顯示當前平面坐標，點擊切換後界面視圖上顯示當前點到 目標線上放樣點的偏移量、距離、高差、俯仰角、方位角等，同時，還可顯示當 前位置到放樣線起點和終點的距離，高差，隨著放樣操作者的移動，數值和視圖 會發生變化。

方法：打開線放樣方法設置界面

1）到直線

2）到直線上的樁號：設置放樣線的樁間距。

3）到直線上的樁號/偏移： 樁間距，設置放樣線的。樁間距； 水平，垂直於直線方向（左負右正）； 向上，高程方向。

4）到直線上的樁號/偏角：樁間距，設置放樣線的樁間距 ；角度，旋轉角（左負右正）； 長度，旋轉後直線的長度。

5）分段：將整段線等分為幾段

四、RTK精度

RTK精度實際精度  =  RTK標稱精度  +  轉換參數+人為誤差+儀器的穩定性

◆  RTK標稱精度：

水平為1cm+1ppm·D

高程為2cm+1ppm·D，其中（D為基站與流動站的距離，單位為km)，隨著距離的增大精度會不斷增大）

◆  轉換參數：

對於作點校正求出的是：四參數+高程擬合，對於校正點本身的精度，點的分布情  況，以及採用的擬合方式尤為重要，直接關係到成果的可靠性，而點的分布又是重中之重特別是對於高程的影響。

◆ 人為誤差：

人為的扶杆，對中誤差

◆ 儀器的穩定性：

接收機定位的穩定性，觀測數據的置信度。