GNSS 实时动态测量（RTK）在复杂地形中的误差分析与修正

引言

随着 GNSS 技术的发展，实时动态测量（RTK）已成为测量领域的重要定位技术。RTK 通过 GNSS 接收器接收卫星信号并进行差分修正，提供高精度位置数据，因此在各类工程、地质勘察和精准农业等领域得到了广泛应用。与传统的静态GNSS 测量相比，RTK 能够提供厘米级定位精度，显著提高测量效率。然而，RTK 技术在复杂地形中面临信号遮挡、多路径效应、电离层和对流层延迟等挑战，导致定位精度下降。因此，本文分析了 RTK 在复杂地形中的误差源，探讨了误差修正的方法和策略，以提高RTK 技术的应用精度。

一、GNSS RTK 技术概述

RTK 技术基于 GNSS 的差分定位原理，在传统 GNSS 测量的基础上，通过设置基准站并与流动站实时交换差分数据，实现定位精度的提高。RTK 通过基准站接收 GNSS 卫星信号，并将差分信息实时传输给流动站。流动站接收到基准站修正数据后，能够根据基准站和流动站之间的相对距离进行位置修正，进而提高定位精度。RTK 技术能够提供亚厘米到厘米级别的高精度定位，这对于工程测量、地理信息系统（GIS）、建筑施工等领域具有重要意义。

然而，RTK 技术的精度依赖于多个因素，包括 GNSS 卫星的分布、接收信号的质量以及基准站和流动站之间的距离等。在复杂地形中，尤其是山脉、峡谷、城市高楼密集区域等地方，RTK 定位的精度容易受到影响。这是由于卫星信号会受到遮挡、折射、多路径效应等因素的干扰，使得定位结果出现偏差。因此，分析复杂地形中 RTK 误差的来源，并研究有效的修正方法，是提高 RTK 精度的关键。

二、复杂地形中RTK 误差来源分析

在复杂地形中，RTK 技术的误差主要来自以下几个方面：

1. 信号遮挡与多路径效应

复杂地形中的山脉、建筑物或其他障碍物会阻碍卫星信号的直接传输，从而影响 RTK 定位的精度。信号遮挡会导致接收器无法接收到足够的卫星信号，进而降低定位精度。多路径效应是指卫星信号在传输过程中被周围物体反射或折射，产生多个信号路径，导致接收到的信号产生干扰。这种多路径效应会使得接收到的卫星信号相位信息发生偏差，导致定位误差。

2. 电离层与对流层延迟

电离层和对流层的延迟对 GNSS 信号的传播速度产生影响，尤其是在长时间的测量过程中，这种影响更为显著。电离层延迟主要由太阳活动引起，会使卫星信号的传播速度发生变化，从而导致测量误差。对流层延迟则由空气的湿度、温度等因素引起，通常较难预测和补偿。

3. 基准站与流动站的距离

RTK 定位精度与基准站与流动站之间的距离密切相关。当两者距离较远时，差分修正信号的传输延迟会导致较大的修正误差，进而影响流动站的定位精度。因此，流动站应尽量在基准站的有效覆盖范围内进行工作，避免长距离传输差分数据。

4. 接收器性能

RTK 定位精度还受接收器性能的影响。不同类型的 GNSS 接收器，其信号处理能力、精度和抗干扰能力存在差异。高性能的接收器能够有效过滤干扰信号，提高定位精度，而低性能接收器则容易受到多路径效应和信号遮挡的影响，导致定位精度下降。

三、误差修正策略

针对复杂地形中的RTK 误差，可以采取以下几种修正策略：

1. 增加基准站密度

在复杂地形中，增加基准站的密度是提高 RTK 精度的有效方法。通过在测量区域内布设更多的基准站，可以减少基准站与流动站之间的距离，从而提高差分修正信号的精度。此外，多个基准站之间可以相互验证，进一步减少因基准站选择不当导致的误差。

2. 使用高精度地面控制点

在复杂地形中，选择精度较高且分布均匀的地面控制点对于提升 RTK 精度至关重要。通过增加高精度的地面控制点，可以为 RTK 定位提供更加可靠的参考数据，从而降低测量误差。特别是在大范围区域的 RTK 测量中，均匀布设地面控制点不仅能有效改善定位精度，还能减少由于地面控制点过少或分布不合理所带来的误差。

3. 优化影像匹配算法

为了克服多路径效应和信号遮挡，改进影像匹配算法是提高 RTK 精度的有效途径。采用更先进的图像匹配技术，如基于特征点的匹配算法，可以有效减少由于信号折射和反射带来的误差，提升三维定位的精度。

4. 结合其他传感器数据

在复杂地形中，单一的 RTK 技术可能难以满足高精度要求。因此，结合其他传感器，如惯性导航系统（INS）、激光雷达（LiDAR）等，可以有效增强 RTK系统的精度。通过多传感器融合技术，可以减少因信号遮挡和多路径效应导致的误差，提高定位精度。

四、实验与结果分析

为了验证所提出的误差修正策略，本文通过多次实地实验，对比了不同修正方法在复杂地形中的应用效果。实验结果表明，增加基准站密度和高精度地面控制点的使用，显著提高了 RTK 测量精度。在山区和城市高楼密集区域，使用改进的影像匹配算法和多传感器融合技术，能够有效减少因多路径效应和信号遮挡带来的误差，从而提高定位精度。特别是在山区，增加基准站密度能有效缩短基准站与流动站之间的距离，减少信号传输误差。与此同时，结合激光雷达（LiDAR）和惯性导航系统（INS）等传感器数据的融合技术，能够补偿RTK 在信号遮挡区域的不足，提高整体系统的稳定性和可靠性。实验表明，优化后的RTK 精度在复杂地形中的表现更为稳定，定位误差显著降低。

五、结论

GNSS 实时动态测量（RTK）技术在复杂地形中的应用面临诸多挑战，如信号遮挡、多路径效应和电离层延迟等问题。通过对这些误差源进行深入分析，本文提出了多种有效的修正策略，包括增加基准站密度、优化地面控制点设置、改进影像匹配算法以及结合其他传感器数据等。实验结果验证了这些修正策略在提高 RTK 精度方面的有效性。随着 GNSS 技术、数据处理算法和传感器技术的不断发展，RTK 技术将在复杂地形中的应用更加精准，为各类测量和定位任务提供更加可靠的数据支持。

参考文献

[1] 肖旺 . 无人机和无人船在水库地形测量中的应用探析 [J]. 黑龙江水利科技 ，2024，52（12）：123-126.DOI：10.14122/j.cnki.hskj.2024.12.020.

[2] 黄 明 明 ， 孙 蕊 . 城 市 环 境 改 进 点 云 配 准 的 LiDAR 辅 助 GNSS/IMU 定位 算 法 [J/OL]. 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 ，1-13[2025-07-09].https：//doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0837.

[3] 冯彬 . 农田水利工程中地形测量技术的优化与实践研究 [J]. 乡村科技 ，2024，15（16）：145-148.DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.16.033.