浅析GPS 实时动态测量
刘德军
河南省遥感测绘院 郑州 450008
摘 要 分析了实时动态定位技术的测量原理以及实时动态测量在控制测量、施工放样作业过程中所体现的优越性。
关键词 GPS实时动态测量 实时处理系统 成功应用
实时动态 (Real Time Kinematic-RTK) 定位技术，是GPS 测量技术与数据传输技术相结合的产物，是GPS 测量技术发展中的一个新的突破。
在未使用 RTK测量技术之前，GPS 相对定位的作业模式有静态定位作业模式、快速静态定位模式、准动态定位模式、动态定位模式，其测点坐标需通过观测数据的测后处理才能获得，必须将观测数据传输到计算机才能解算。无法实时地给出观测站点的定位结果，而且也无法对观测数据的质量进行实时检核。因而就难以避免在数据后处理中发现观测成果不合格，需要进行返工重测的情况。为了避免这种情况发生，过去采取的措施主要是延长观测时间，以获取大量的多余观测量，用以保障测量结果的可靠性。但是，这就显著降低了GPS 测量的工作效率。
采用RTK 定位技术，利用现代化无线电通信技书术随时将基准站的观测数据传送给流动站，加上快速解算模糊度的技术，便产生了实时动态定位模式, 实时计算定位结果。通过实时定位结果，便可监测观测成果和解算结果的收敛情况，从而能实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。
此外，由于实时动态测量具有实时，因而克服了GPS 测量的局限性，不仅可以进行各种控制测量工作，而且可以进行施工放样。
一、实时GPS 测量原理
RTK 实时动态测量的基本过程是：基准站数据→调制→发射→接收→流动接收机→解调→电子手薄，构成一条无线数据链。基准站接收机随时将观测数据通过数据链传送给流动站，与流动站接收机的观测数据汇集于电子手薄并进入数据处理系统，实时地提供测点坐标。
RTK 定位技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 定位技术。实施实时动态测量，除需要两台GPS 接收机外，还应配备一套无线电数据传输系统（亦
称数据链）。作业时，在基准站上安置一台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测信息和测站数据，通过无线电数据传输设备，实时地发送给流动站。在流动站上，GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测信息和测站数据。流动站将测得的载波观测信号与基准站传来的载波观测信号进行差分处理，解出两站间的基线向量值。同时，通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站点三维坐标及其精度。图1所示为实时GPS 定位测量流程图。
图1
由此可见，实时GPS 测量除应具备GPS 信号接收系统外，还应有数据传输系统以及数据实时处理系统。
1．GPS 信号接收系统
实时GPS 测量中，至少应有两台接收机，分别安置在基准站和流动站上。理论上，单频接收机和双频接收机均可用于实时GPS 测量。但是，单频机进行整周未知数的初始化需要较长时间，这是实时动态测量所不能容许的，加之单频机在实际作业时容易失锁，失锁后的重新初始化则要占去许多时间。因此，实际作业中一般采用双频机。
根据需要，可采用一个基准站、数个流动站接收机作业的方式。
2．数据实时传输系统
为把基准站的信息及观测数据实时传输到流动站，并与流动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线电通讯设备。由于数据信息量大，必须采用较高的传输速率，通常要在9600波特率以上。
利用数据实时传输系统，流动站可以随时调阅基准站的工作状态和设站信息，这对于保证成果质量和排除观测中出现的问题亦十分重要。
3．数据实时处理系统
实时GPS 测量的软件功能，对于保障其可行性，以及测量结果的可靠性和精确性，具有决定性的意义。
实现以载波相位为观测量的实时动态测量，关键技术在于快速解算载波相位初始整周未知数以及失锁后的重新初始化。目前这一解算工作已可数分钟内完成，为实时动态测量的实施奠定了基础。
实时GPS 测量软件的基本功能应包括：
①快速解算或动态快速解算整周未知数；
②根据相对定位原理，实时解算流动站在WGS-84中的三维坐标；
③根据已知转换参数，进行坐标系统的转换；
④解算结果质量的分析与评价；
⑤静态、快速静态、准动态和动态等作业模式的选择与转换；
⑥测量结果的显示与绘图等。
二、实时动态测量的特点
1．实时动态测量保留了所有经典的GPS 测量功能，如静态测量、快速静态测量等。观测数据亦可采用测后处理的方式。由于静态测量后处理的方式，目前仍是高精度控制测量最理想的方法，因此允许在实时动态环境下进行静态定位的多种功能选择，就有效地保证了测量成果的可靠性和精度水平。而由于测后处理定位和实时定位可以同时进行，就能做到彼此互补，发挥各自特长。
2．经典的GPS 测量不具备实时性，因此不能用来放样。放样工作还得配备传统的测量仪器，采用传统的测量方法。实时动态测量弥补了这一缺陷，放样精度可达厘米级。
3．在实时动态测量中，尽管整周未知数初始化时间的长短，会受跟踪观测
卫星数量、几何图形强度、多路径效应、电离层扰动等诸多因素影响，但目前已可在数分钟内完成。如果遇到障碍物（如通过丛林地带、穿过桥下）失锁，也能在重新捕获到卫星后数分钟内重新完成初始化，继续测量。
4．由于实时动态测量成果是在野外作业时实时提供的，所以能在现场及时对观测质量进行检核，避免外业出现返工。如整周未知数初始化情况及流动站点位精度等信息，均可在作业现场获得。
5．在能够接收到GPS 卫星信号的任何地点，全天24h 均可进行实时动态测量和放样。
6．在完成基准站的设置后，整个系统只需一人持流动站接收设备操作。也可几个流动站，利用同一基准站的观测信息，各自独立开展工作。
三、结束语
实时动态定位是载波相位测量、差分处理技术、整周未知数快速求解技术以及无线电通信技术的高度集成，在精度、速度、实时性三个方面达到了圆满的结合。目前，实时动态测量已在约为20KM 的范围内获得成功应用，随着数据传输设备性能的不断提高和完善，数据处理软件功能的增强，其应用范围将会不断扩大，GPS 的其它各种测量模式都有被取代的趋势。但在高精度测量方面仍然摆脱不了静态测量的模式。