一年多前，我有机会与一位进行RTK早期研发的同事Steve DeLoach共进晚餐，他是美国陆军工程兵团的退休土木工程师和土地测量师。我们已经有几十年没有见面了，这次会面让我们有机会回忆起那些在一起漫长而又充满激情的日子，以及在我们努力定义GPS测量技术以实现更高精度、更快初始化、实时移动测量和实时数据传输时遇到的挑战性问题。我们还谈了很多曾经合作开发革命性技术的聪明人，他们遍布在政府部门或私营企业中。
他的回忆才让我意识到我们已经走了多远。令我惊讶的是，在全球卫星导航系统（GNSS）第一颗卫星发射后的四十多年里，我们已经从使用地图、指南针或激光在数百米范围内进行定位，发展到今天每个人都可以用手机或手表获得一个相当准确的位置。今天，RTK将GNSS的精度提高到了厘米级的实时定位，并为建筑、农业、测绘、运输和物流领域的10亿美元以上的时空精准位置产业奠定了基础。
起源
从约30年前的全盛期以来，RTK的发展已经远远超越了其早期创造者的梦想。
一切的起源，来自1978年推出的军用全球定位系统（GPS）。该系统使用基于码伪距的信号，实现水平3-5米和垂直10-15米精度的实时定位。一些先驱者产生了使用GPS信号改善海洋和陆地测量问题的想法。
“这是一个由测量员为测量员设计的测量系统的伟大故事。“美国陆军工程兵团（USACE）工程和建设部退休副部长Steve DeLoach说，该机构在20世纪80年代末和90年代初资助RTK取得重大突破，大幅改善了挖掘作业。“要知道，在RTK之前，建立水平和垂直大地测量控制体系是一项巨大的、劳动密集型工作。”
从20世纪70年代末到90年代中期，RTK的先驱们看到了GPS在精度、移动和计时方面解决测量问题的潜力，但他们必须吸引资金，追求尖端技术，并投入大量精力测试系统和开发复杂的算法来增强和改正GPS信号。
在第一颗GPS卫星发射后不久，麻省理工学院的Charles Counselman开发了一种名为“Macrometer”的GPS接收机，该接收机基于天文射电接收技术，适用于大地测量工作。也是大约在那个时候，John D. Bossler和Clyde C. Goad（美国国家海洋和大气管理局）和Peter L. Bender（美国实验室天体物理学联合研究所，美国国家标准局和科罗拉多大学）等权威人物的论文探讨了处理GPS载波相位信号的想法。GPS的这种新用途与最初的系统设计目的完全不同。
国际事件也起到了推波助澜的作用。1983年，大韩航空007号班机被苏联击落，机上269人丧生。这架飞机当时正从美国纽约经阿拉斯加安克雷奇飞往韩国首尔，一次错误的导航致使它偏航到苏联领空。为了避免类似的悲剧再度发生，里根总统发布了一项行政命令，向民用领域提供精度为100米的GPS定位服务。
但许多人需要比GPS码伪距更精确的东西，因此重点转移到使用GPS载波相位信号的静态应用上。致力于大地测量学的科学家们很快就采用了GPS载波相位处理，开发数学算法和编写软件，从而使大地测量员能够开拓新的方法，最终建立了三维毫米级精度的大地测量控制网。
Steve说：“现在，这才是测量员真正关心的问题。”
业界也做出了回应，根据这一新想法设计GPS接收机，如麦哲伦和德州仪器的接收机。这些早期的GPS接收机虽然在性能上具有革命性，但体积庞大、笨重，且专为特定的科学和测量应用而设计。这使得它们不适用于广泛的行业应用，但这些应用需求将会在以后出现。
还有其他问题需要克服，例如从静态测量转向动态测量、更快的初始化、更高的高程测量的精度和实时处理。精确的静态测量非常棒，但许多应用需要在移动时提供高精度。
正是这些对GPS的早期梦想推动并最终形成革命性RTK技术的解决方案。该技术如今实现了精确的实时定位。特别是对于测量员而言，RTK减少了许多项目中对耗时的光学测量方法的需求，提高了工作效率。
“一切都是有意为之，是的，我们看到了未来。”Steve说，“但是我们看到过农用拖拉机被自动引导到一英寸的精度吗？或者推土机在没有测量员的情况下进行填挖？或者自动驾驶的汽车？不，并没有。”
Steve在早期RTK开发中扮演重要角色。在下期，我们将与他和其他两位关键人物“会面”，了解他们希望解决的一些问题。
大师
Steve DeLoach：对潮汐测量和水文测量中垂直精度的梦想
在RTK出现之前，大地测量是一项需要许多现场工作人员来执行的复杂任务。支持国家水上工程是美国工程兵（USACE）工作的一部分，他们利用国家大地控制网络加密了河流和港口沿线的地方控制网，用于工程和施工工作。这其中包括了对25000英里沿海和内陆河道、14000英里的堤坝、230多个水闸和700个水坝的建设、运营和维护工作。
海洋工程和建筑项目依赖于潮汐或河流的验潮基准，建立该基准并传输到执行施工的船上是一项艰巨且昂贵的任务，以英尺为单位的垂直精度导致了很大误差。而工程费用通常是基于河道疏浚的填挖土石方量，因此较低的准确性等同于USACE需要为疏浚作业支付更多费用。
“垂直精度对我们来说至关重要。” Steve说。他对疏浚研究项目的远大愿景是在疏浚工程设备上获得精确、实时的垂直定位。
在上世纪80年代，尽管垂直方向的精度比水平方向差了近两倍，但是传统观点仍认为 GPS 在几米范围的精度是足够好的。项目中的许多人认为，追求实时的准确度只是在浪费时间。
Steve（中间穿西装男士）与美国工程兵大地实验室（USAETL）精确测量部的工作人员合影，该部门在RTK的发展中发挥了不可或缺的作用。
但Steve、首席测量员M.K. Miles和其他测绘、研发和土木工程领域的领导者们不这么认为。他们相信，借助GPS，有可能实现精度为几英寸的疏浚和水文测量船的实时三维定位。为了寻求突破，他们建立了一个由工程师和科学家组成的团队——测量员、大地测量专家、电气工程师、土木工程师、数学家、计算机学家、物理学家。他们之间密切合作，共享数据和方法。
任何对RTK的历史性审视不仅应该承认这些工程师和科学家的不懈努力，而且还应该承认帮助处理数据的实习生和为测试搬运重型设备的大学生。“这关乎很多人，”Steve说，“他们都朝着同一个方向前进，而且都充满激情。”
Benjamin Remondi：使用 GPS 进行厘米级测量
当谈到使用GPS和软件解决问题的专家时，Benjamin W. Remondi博士成为美国国家大地测量局和其他政府机构和组织的首选。上世纪70年代，在美国国家航空航天局(NASA)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的地球同步运行环境卫星(GOES)项目的早期职业生涯中，Remondi相信他在轨道力学和软件开发方面找到了自己的使命，因此他在1979年前往该学科领先的德克萨斯大学学习专业知识。
当Remondi觉得他已经掌握了他能够学习的一切之后，他回到了GOES项目的工作中，满足地说：“这是我一生的工作。我很乐意在我的余生中做这件事。”但很快，他将面临一个将他的职业生涯转向不同方向的挑战，它来自Clyde Goad博士，他是美国国家大地测量局的首席工程师和科学家。
料斗挖泥船正在Chesapeake湾下游的Thimble浅滩海峡工作
Remondi本来不打算做博士论文，但Goad提出了一个想法，他说：“Ben，我有一个非常困难的问题要解决。没有人解决它，它值得做一篇博士论文。”在与Goad和海军上将John Bossler（另一位大地测量和GPS的关键领导者）面谈后，Remondi同意接受这份工作并进行研究。
“使用GPS信号为国家测量提供厘米或更高的精度是一个有待解决的GPS测量问题，”Remondi说，“这是一个大问题，目前还没有人有软件或模型可以做到这一点。”这项关于静态测量的工作，是他博士论文的重点，使得Remondi想知道是否可以在移动时达到厘米级精度。他进行了一些初步测试，以证明动态测量是可能的（但还不是实时的），并发表了一篇关于他的发现的论文。
这项工作导致该领域的研究人员称他为“实时动态测量之父”。
Mark Nichols：测量应用的精度和可靠性
上世纪70年代，还是新西兰高中生的Mark Nichols在丘陵地区的一座水坝上为一家工程公司工作了一个夏天。虽然这份工作坚定了他对测量的兴趣，并促成了他在Trimble 30多年的职业生涯，但这些早期的经历让他对许多传统测量工法是否有更好的解决方案产生了怀疑。
他讲述了那年夏天他开始工作的第一天。当时他被要求使用当时的现代版本的测量链——钢尺，穿过树木从山顶测量到山脚。“我们把钢尺扔过树木，但是它被树钩住断掉了，”他说，“然后你必须把断掉的两部分找回来，放在一起，把它们弄直，然后在现场把它们焊接在一起。我看着这一切，然后心想：一定有更好的解决方案。”还有一次，他到了工地，发现反对大坝项目的当地居民已经拔出了他几天前为施工布设的所有控制桩。此时，他也意识到必须要找到更好的解决方案。
Nichols获得测量学位后，开始为新西兰政府做测量工作，在这里他接触到了数字计算的力量。最终，他拿起了一台带有小屏幕和打印机的笔记本电脑，开始编写软件来进行测量计算。在使用数字代码完成特征编码的时代，他想要有更好的解决方案，并领导了用于自动地图生成的自然语言特征编码的开发。
那个他心中的“更好的解决方案”——他和Trimble团队在未来几十年内开发了许多“更好的解决方案”——利用GPS在RTK的精度、初始化和商业设计方面取得突破。开发RTK的一个关键问题是解决整周模糊度，然后连续处理测量值。在上世纪80年代末和90年代初，“世界各地的杰出工程师都在试图解决这个问题，”Nichols说，“更重要的是，以高度的可靠性解决它。”
“最初，我们通过测量一个已知点来解决整周模糊度，这适用于地籍测量，然后开发了算法来解决移动中初始化的问题(OTF)。”此功能将开启 RTK 在航海、机械控制和其他应用中的使用，并简化测量员的工作，因为它可以自动进行初始化。
