一、RTK定位原理概述

RTK測量利用的是載波相位差分GPS技術來實時定位的，正是憑借差分改正和載波相位測距兩種測量方法才使得動態定位的精度可以達到厘米級。差分GPS技術是利用了基準站與流動站之間空間的相關性來進行差分改正的，從而將定位的誤差削弱。標準的差分GPS原理是將基準站架設在高精度的已知控制點上，通過基準站單點定位確定測站的位置坐標，然后通過實時定位測得的坐標與控制點坐標的比對，從而確定基準站上的定位誤差。但在實際生產中，為了提高測量效率，基準站通常也可以架設在未知點上。下文就RTK基準站架設的兩種情況進行解釋，說明其架設原理。

GPS系統定位采用的是WGS-84坐標系，如下圖所示。它是一個地心坐標系，所有的GPS接收機定位測得的坐標都是基于該坐標系的坐標。換而言之，GPS接收機只能識別WGS-84坐標。但是在實際應用過程中，用戶基于定位精度、坐標保密、控制變形等原因往往會建立其他坐標系統。這樣就涉及到了坐標系統之間的相互轉換，所以這就是為何幾乎所有的GPS解算軟件中都有坐標系統轉換程序的原因。

現就國內坐標系統的應用為基礎，介紹一下RTK測量時坐標系統的轉換方法。至今為止，我國使用的平面坐標系統主要有北京54坐標系統、西安80坐標系統和國家2000坐標系統。這三者之間的本質區別在于采用了不同的橢球基準。在實際生產中還存在地方獨立坐標系統，它是在上述幾種坐標系的基礎上建立的。高程坐標系統主要有1956黃海高程基準和1985國家高程基準兩個系統組成。

坐標系統的轉換方法主要有七參數、四參數、三參數和一參數等。根據兩套坐標系統之間的幾個關系可以采用相應的轉換方法。RTK測量過程中坐標系統的轉換分為平面轉換和高程轉換兩個方面。平面轉換主要是采用控制點反算轉換參數的方法，根據測區范圍和精度的要求采用不同的轉換方法。對于涉及到兩個不同橢球基準的坐標系統之間的相互轉換，一般都采用七參數進行轉換，如果測區面積較小，可近似當做平面時（約10公里范圍）可采用四參數進行轉換。GPS高程系統的轉換主要是采用高程擬合和似大地水準面精化模型進行高程內插。高程擬合主要有平面擬合和曲面擬合兩種方法，平面擬合是在平面內選擇至少3個高程控制點，通過GPS測量得到這些控制點的兩套坐標，通過兩套坐標系統求差可得到每個控制點上的高程異常值。然后根據不同的方法進行內插高程異常值，通過GPS測量，根據GPS高程以及高程異常值可求得測點的正常高。曲面擬合同平面擬合原理相同，只是在曲面內進行內插高程異常值，這種方法更符合實際情況，所以精度也相對較高。

差分GPS工作的基本原理是依據地面參考站與流動站之間的空間相關性而建立的。GPS衛星分布在距離地面約兩萬公里的太空，而地面參考站距流動站之間的距離為幾十公里到幾百公里之間，這個距離相對于星站距離可以忽略不計。因此，我們認為參考站與流動站周圍的空間環境對兩個接收機導航定位的影響是等價的。

二、基準站架設在已知點上

差分GPS系統主要由四部分組成，即GPS衛星、參考站、流動站和通訊設備。基準站架設在已知點上的工作流程一般是：先在具有高精度和可靠性的已知點上架設GPS接收機作為參考站，參考站周圍應該視野開闊，觀測條件好，在待測點上架設流動站，參考站和流動站同時觀測衛星。參考站的接收機在捕捉到衛星信號之后便開始進行自身位置解算，然后將解算結果與已知坐標進行對比，求出誤差值，然后根據坐標誤差反求出每顆衛星的定位誤差。由于參考站GPS接收機無法知道流動站接收機所接收到的衛星數量，因此參考站接收機會鎖定視野中的所有衛星，并計算出每顆衛星的定位誤差，然后按標準格式編制成電碼，由通訊鏈路發送給流動站，流動站接受到電碼后，根據自身測站所觀測到的衛星進行誤差改正，以獲得精確的定位結果。

基準站架設在已知點上時其原理比較容易理解，但是架設在未知點上時理解起來就稍微有點難度。在坐標系統已經轉換完成之后，測區的坐標系統與WGS-84坐標系統之間的轉換關系就已經確定了，只要接收機觀測到一個WGS-84坐標就會立即轉換得到一個地方坐標系坐標值。此時將基站架設在任意位置時，我們只需要用移動站到高精度的控制點上進行一次單點校正即可，這與基準站架設在未知點上有點區別。那么為什么要在已知點上做單點校正呢？能不能不做呢？

當基準站架設在未知點上時，我們打開GPS接收機，連接好基準站和流動站之后即使是不做點校正，我們會發現流動照樣可以測出測區的坐標。甚至可以利用點放樣的方法去尋找控制點。但是當我們利用這種方法去放控制點時，會發現放出來的位置與控制點實際的位置存在數米的差距。這又是為什么呢？

出現這種情況的原因正是因為我們沒有做點校正。當坐標系之間的轉換參數確定了之后，GPS接收機便可以將接收到的WGS-84坐標轉換到地方坐標系中去，這就是為何我們沒有做點校正就可以測出測區坐標的原因。之所以測出來的坐標與已知坐標之間存在差距那是因為流動站定位過程中沒有接收到有效的差分改正信息，所以定位結果不準。當基準站架設在未知點上時，基準站首先會進行單點定位確定一個基準站的坐標值，以此作為基準站的已知坐標，從而代替了高精度的已知坐標。此時，由于基準站所確定的“高精度已知坐標”與其實時定位得到的坐標都是通過單點定位得到的，因此，之間存在很小的誤差，即：差分改正值很小。從而導致流動站定位精度只能達到單點定位的精度。

基準站的差分改正信息本質上是GPS單點定位結果與高精度的已知控制點之間的差值，那么通過利用流動站在已知控制點上進行單點校正也可以達到上述目的。此時，可以求出流動站的差分改正值，也稱校正參數。然后利用校正參數對基準站的位置進行改正從而得到真正的高精度已知坐標。此時，定位的原理就同標準RTK相同了。

因此，單點校正的實質是求解基準站已知坐標。但這種方法存在一定的弊端。由于基準站的坐標值是用于整個測區差分改正信息求解的基礎數據，它的精度決定了測區所有站點的測量精度，會對整個測區造成系統性的偏差。然而，這種方法是利用流動站的差分改正值來推求基準站的已知坐標的，因此基準站坐標的精度取決于校正點距基準站之間的空間相關性。如果，校正點距基準站較遠，校正點距基準站之間的空間相關性會降低，從而基準站坐標的精度也會隨之降低。反之，亦然。

因此，建議基站架設在已知控制點的附近，周圍GPS觀測條件良好，以期取得良好的定位結果。