基本介紹
- 中文名：載波相位差分技術
- 外文名：Real - time kinematic
- 簡寫：RTK
- 優勢：提高了作業效率
RTK簡介,RTK系統組成,原理,關鍵技術,套用領域,各種控制測量,地形測圖,放樣,推廣方向,北斗套用,雙星系統,VRS,GPS,成功案例,
RTK簡介
高精度的GPS測量必須採用載波相位觀測值，RTK定位技術就是基於載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，並達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據連結收來自基準站的數據，還要採集GPS觀測數據，並在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。流動站可處於靜止狀態，也可處於運動狀態；可在固定點上先進行初始化後再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，並在動態環境下完成整周模糊度的搜尋求解。在整周未知數解固定後，即可進行每個曆元的實時處理，只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。
RTKLIB是日本東京海洋大學（Tokyo University of Marine Science and Technology）開發的一個開放源程式包，供標準與精確GNSS全球導航衛星系統套用。RTKLIB包括一個可移植的程式庫和幾個應用程式（AP）庫。
RTKLIB的特點：
（3）支持多種標準格式和協定GNSS：RINEX 2.10，2.11，2.12 OBS /NAV/ GNAV / HNAV，RINEX 3.00 OBS / NAV，RINEX 3.00CLK，RTCM V.2.3，V.3.1 RTCM 1.0，NTRIP，RTCA/DO-229C，NMEA 0183，SP3-C，IONEX 1.0，ANTEX 1.3，NGS PCV和EMS 2.0.
NVS Technologies AG公司NV08C系列GNSS模組經測定支持RTKlib套用。
RTK技術在套用中遇到的最大問題就是參考站校正數據的有效作用距離。GPS誤差的空間相關性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性，因此在較長距離下(單頻>10km，雙頻>30km)，經過差分處理後的用戶數據仍然含有很大的觀測誤差，從而導致定位精度的降低和無法解算載波相位的整周模糊。所以，為了保證得到滿意的定位精度，傳統的單機RTK的作業距離都非常有限。
為了克服傳統RTK技術的缺陷，在20世紀90年代中期，人們提出了網路RTK技術。在網路RTK技術中，線性衰減的單點GPS誤差模型被區域型的GPS網路誤差模型所取代，即用多個參考站組成的GPS網路來估計一個地區的GPS誤差模型，並為網路覆蓋地區的用戶提供校正數據。而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數據，而是一個虛擬參考站的數據，和距離自己位置較近的某個參考格線的校正數據，因此網路RTK技術又被稱為虛擬參考站技術(Virtual Reference)。
RTK系統組成
基準站子系統
①基準站為無人值守型，設備少，連線可靠，分布均勻，穩定；
③斷電情況下，基準站可依靠自身的UPS支持運行72h以上，並向中心報警；
⑤具備設備完好性檢測功能，定時自動對設備進行輪檢，出現問題時向管理中心報告；
⑥有雷電及電涌自動防護的功能；
⑦管理中心通過遠程方式，設定、控制、檢測基準站的運行。
管理控制中心子系統
系統管理控制中心是整個網路RTK系統的核心，網路RTK體系是以系統管理控制中心為中心節點的星形網路，其中各基準站是網路RTK系統網路的子節點，系統管理控制中心是系統的中心節點，主要由內部網路、數據處理軟體、伺服器等組成，通過ADSL、SDH專網等網路通信方式實現與基準站間的連線。系統管理控制中心具有基準站管理、數據處理、系統運行監控、信息服務、網路管理、用戶管理等功能。具體來講，系統管理控制中心的主要功能有：
②系統監控。對整個GNSS基準網子系統進行自動、實時、動態的監控管理。
③信息服務。生成用戶需要的服務數據，如RTK差分數據、完備性信息等。
④網路管理。整個系統管理控制中心具有多種網路接人形式，通過網路設備實現整個系統的網路管理。
⑥其他功能。系統管理中心還具備自動控制、系統的完備性監測等功能。
數據通信子系統
數據通信子系統由多個基準站與管理控制中心的網路連線和管理控制中心與用戶的網路連線共同組成。網路RTK系統運行需要大量的數據交換，因此需要一個高速、穩定的網路平台即數據通信子系統。數據通信子系統建設包括兩方面：一是選擇合理的網路通信方式，實現管理控制中心對基準站的有效管理和快速可靠的數據傳輸；二是對基準站資源的集中管理，為用戶提供一個覆蓋本地區所有基準站資源的管理方案，實現各基準站、管理中心不同網路節點之間的系統互訪和資源共享。這也是數據通信子系統的功能所在。
用戶數據中心子系統
用戶數據中心子系統一般安置於管理中心，其功能包括實時網路數據服務和事後數據服務。用戶數據中心所處理的數據可分為實時數據和事後數據兩類。實時數據包括RTK定位需要的改正數據、系統的完備性信息和用戶授權信息。事後數據包括各基準站採集的數據結果，供用戶事後精密差分使用；其他套用類包括坐標系轉換、海拔高程計算、控制點坐標。其主要功能有：
用戶套用子系統
網路RTK系統用戶設備主要配置有GNSS接收機及天線、GNSS接收機手簿或PDA、GPRS/CDMA通信設備。其套用領域十分廣泛，如測繪、國土資源調查、導航等。此外，網路RTK技術還可以用於地籍和房地產的測量。
原理
RTK(real time kinematic)是以載波相位觀測值進行實時動態相對定位的技術。其原理是將位於基準站上的GPS接收機觀測的衛星數據，通過數據通信鏈（無線電台）實時傳送出去，而位於附近的移動站GPS接收機在對衛星觀測的同時，也接收來自基準站的電台信號，通過對所收到的信號進行實時處理，給出移動站的三維坐標，並估“其精度。
利用RTK測量時，至少配備兩台GPS接收機，一台固定安放在基準站上，另外一台作為移動站進行點位測量。在兩台接收機之間還需要數據通信鏈，實時將基準站上的觀測數據傳送給流動站。對流動站接收到的數據（衛星信號和基準站的信號）進行實時處理還需要RTK軟體，其主要完成雙差模糊度的求解、基線向量的解算、坐標的轉換。
RTK技術可以在很短的時間內獲得厘米級的定位精度，廣泛套用於圖根控制測量、施工放樣、工程測量及地形測量等領域。但RTK也有一些缺點，主要表現在需要架設本地參考站，誤差隨移動站到基準站距離的增加而變大。
關鍵技術
隨著科學技術的不斷發展，RTK技術已由傳統的1+1或1+2發展到了廣域差分系統WADGPS，有些城市建立起CORS系統，這就大大提高了RTK的測量範圍，當然在數據傳輸方面也有了長足的進展，電台傳輸發展到GPRS和GSM網路傳輸，大大提高了數據的傳輸效率和範圍。在儀器方面，不僅精度高而且比傳統的RTK更簡潔、容易操作。
基準站網模糊度的確定
網路RTK基準站間模糊度的確定是屬於一種長距離靜態基線模糊度求解問題。長距離靜態基線模糊度解算雖然已經比較成熟，但要在十幾分鐘、幾分鐘甚至一個曆元內完成網路RTK基準站網模糊度的解算，就存在一定的難度。國內外很多學者對此進行了一定的研究，並得出了很多方法。高星偉(2002)提出了網路RTK基準站的單曆元整周模糊度搜尋法，其主要思想是不解方程組，而直接利用觀測站坐標已知、模糊度為整數和雙頻整周模糊度之間的線性關係三個條件進行搜尋。與傳統方法相比，該方法的主要優點是快速、簡單、實用，並且因為是單曆元模糊度搜尋，所以不受周跳和電離層突變的影響。單曆元整周模糊度搜尋法主要分為三步：一是誤差消除與計算，主要消除多路徑等誤差和計算對流層延遲；二是模糊度備選值的選取，在假設最大雙差電離層延遲的前提下，找出該範圍內的所有整周模糊度備選值；三是模糊度的確定。
區域誤差模型的建立和流動站誤差的計算
當基準站網的雙差模糊度確定以後，基準站之間的誤差就可以計算到厘米級精度，準確有效地計算出流動站誤差同樣是網路RTK定位技術和算法中的重要內容。影響GNSS定位的誤差中，與距離相關的電離層誤差、對流層誤差和軌道誤差是網路RTK誤差處理的主要內容。其中，軌道誤差可以使IGS的快速預報星曆得到較好的解決；對流層誤差一般是先通過模型改正，然後用參數進行估計。電離層誤差是最為複雜的，因此，國內外很多學者主要對電離層誤差的模型化和內插方法做了較多的研究。
套用領域
各種控制測量
傳統的大地測量、工程控制測量採用三角網、導線網方法來施測，不僅費工費時，要求點間通視，而且精度分布不均勻，且在外業不知精度如何，採用常規的GPS靜態測量、快速靜態、偽動態方法，在外業測設過程中不能實時知道定位精度，如果測設完成後，回到內業處理後發現精度不合要求，還必須返測，而採用RTK來進行控制測量，能夠實時知道定位精度，如果點位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質量如何，這樣可以大大提高作業效率。如果把RTK用於公路控制測量、電力線路測量、水利工程控制測量、大地測量、則不僅可以大大減少人力強度、節省費用，而且大大提高工作效率，測一個控制點在幾分鐘甚至於幾秒鐘內就可完成。
RTK 在工程測量的套用
地形測圖
過去測地形圖時一般首先要在測區建立圖根控制點，然後在圖根控制點上架上全站儀或經緯儀配合小平板測圖，發展到外業用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟體來進行測圖，甚至於發展到最近的外業電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地貌等碎部點，這些碎部點都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業去返測，採用RTK時，僅需一人背著儀器在要測的地貌碎部點呆上一二秒種，並同時輸入特徵編碼，通過手簿可以實時知道點位精度，把一個區域測完後回到室內，由專業的軟體接口就可以輸出所要求的地形圖，這樣用RTK僅需一人操作，不要求點間通視，大大提高了工作效率，採用RTK配合電子手簿可以測設各種地形圖，如普通測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設，公路管線地形圖的測設，配合測深儀可以用於測水庫地形圖，航 海海洋測圖等等。
放樣
施工放樣是測量一個套用分支，它要求通過一定方法採用一定儀器把人為設計好的點位在實地給標定出來，過去採用常規的放樣方法很多，如經緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設計點位時，往往需要來回移動目標，而且要2-3人操作，同時在放樣過程中還要求點間通視情況良好，在生產套用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況會藉助於很多方法才能放樣，如果採用RTK技術放樣時，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，背著GPS接收機，它會提醒你走到要放樣點的位置，既迅速又方便，由於GPS是通過坐標來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。
推廣方向
北斗套用
RTK接收機進入基於北斗衛星導航系統的多星套用時代，成為國際首款，國內首創，擁有完全自主智慧財產權的多系統多頻率的RTK接收機。基於北斗衛星導航系統的多星測量型接收機，採用獨有的kRTK核心技術和高可靠的載波跟蹤算法適應各種環境變換，為用戶提供高質量定位結果。
雙星系統
雙星系統（GPS+GLONASS雙系統導航定位）是GPS RTK發展的熱點，它可接收14-20顆衛星左右，是常規RTK所無法比擬的，該技術使GPS設備具備最短時間達到厘米級精度的能力與最強的抗干擾遮擋能力。
VRS
VRS（Virtual Reference Station虛擬參考站）正在改善著RTK定位的質量和距離，增強RTK的可靠性，並減少OTF初始化的時間。VRS技術，可以在50Km左右時使RTK定位平面位置精度為1—2cm，並無需設立自己的基準站。其套用領域將逐漸涵蓋陸地測量、地籍測量、航空攝影測量、GIS、設備控制、電子和煤氣管道、變形監測、精準農業、水上測量、環境套用等諸多領域。
GPS
GPS為代表的衛星導航套用產業已成為當今國際公認的八大無線產業之一，也是全球發展最快的三大信息產業（蜂窩網Mobile cellular/PCS、 網際網路Internet/Intranet/Extranet和全球定位系統GPS）之一。GPS與計算機、通信、GIS、RS等技術的集成與融合必將使GPS技術的套用領域得到更大範圍的拓廣。
成功案例
（RTK助力皖電東送工程）
