網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

王華云 趙成斌

摘 要：基于連續(xù)多基站觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。該文介紹了網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的組成和虛擬參考站技術(shù)（VRS）的基本概念，論述了網(wǎng)絡(luò)RTK較于常規(guī)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK的研究現(xiàn)狀作了詳細(xì)的介紹和分析，指出了我國(guó)網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的不足，展望了網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)RTK 虛擬參考站 CORS

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（b）-00-02

自20世紀(jì)90年代初，RTK技術(shù)（GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位）問(wèn)世，改變了GPS只能用于控制測(cè)量的局面，使得GPS測(cè)量廣泛的應(yīng)用于工程測(cè)量。但是傳統(tǒng)的RTK技術(shù)存在很多缺陷：比如用戶需要在測(cè)站區(qū)域要設(shè)參考站；測(cè)量的誤差受距離的影響較大，基線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，誤差越大，單頻接收機(jī)允許的基線長(zhǎng)度不超過(guò)15 km，雙頻接收機(jī)允許的基線長(zhǎng)度不超過(guò)30 km；初始化時(shí)間較長(zhǎng)等。因此網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)

而生。

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是指在一定的區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)均勻分布的連續(xù)觀測(cè)的參考站，融合各參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立誤差改正模型，并將改正模型發(fā)送給移動(dòng)站，從而實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)定位。

目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了完善的GPS連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)，在城市數(shù)字化的建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用；發(fā)展中國(guó)家也已經(jīng)認(rèn)清當(dāng)前形勢(shì)，開(kāi)始逐步建立自己的GPS連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)。

1 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的組成

網(wǎng)絡(luò)RTK是由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心及數(shù)據(jù)播發(fā)中心、數(shù)據(jù)通信鏈路和用戶部分組成。

基準(zhǔn)站網(wǎng)通常不少于3個(gè)基準(zhǔn)站，應(yīng)架設(shè)在環(huán)境良好的地方；基準(zhǔn)站上應(yīng)配有全波長(zhǎng)的雙頻GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及氣象儀等。

數(shù)據(jù)處理中心是負(fù)責(zé)接收各基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行融合、處理，實(shí)時(shí)的計(jì)算出基準(zhǔn)站網(wǎng)內(nèi)的各項(xiàng)誤差，建立誤差改正模型，然后由數(shù)據(jù)播發(fā)中心發(fā)送給用戶流動(dòng)站。

數(shù)據(jù)通信鏈路分為兩種：一種是基準(zhǔn)站和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)播發(fā)中心之間的通信鏈路，通常是通過(guò)光纖、光纜、數(shù)據(jù)通信等方式連接；另一種是數(shù)據(jù)播發(fā)中心與用戶接收機(jī)間的通信鏈路，通常是采用GSM、GPRS、CDMA等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于現(xiàn)在手機(jī)使用便利，且手機(jī)都具有上網(wǎng)功能，所以現(xiàn)在一般的工程測(cè)量都采用GPRS方式來(lái)實(shí)現(xiàn)播發(fā)中心與用戶接收機(jī)間的連接。用戶部分，用戶只需要配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及其相應(yīng)的軟件即可工作。

1.2 虛擬參考站技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)其中具有代表性的就是虛擬參考站技術(shù)（VRS）。各個(gè)參考站將每天觀測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，建立誤差模型，計(jì)算出參考站的載波相位整周模糊度；流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電，將流動(dòng)站大致坐標(biāo)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心經(jīng)過(guò)處理，在流動(dòng)站附近內(nèi)插得到一個(gè)虛擬的參考站，用戶則接收虛擬參考站的改正信息，通過(guò)差分解算，達(dá)到高精度的實(shí)時(shí)定位。

1.3 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在前言中已經(jīng)介紹，傳統(tǒng)的RTK技術(shù)存在著很多缺陷；與之相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為以下

1）虛擬參考站技術(shù)的誕生，打破了傳統(tǒng)的RTK測(cè)量中基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離的限制。傳統(tǒng)的RTK基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離一般不大于15 km，而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離可達(dá)50～70 km，且具有很高的精度。

2）網(wǎng)絡(luò)RTK成本低。傳統(tǒng)的RTK由于基線長(zhǎng)度的限制，為保證精度，不得不多次架設(shè)參考站；而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)不需要架設(shè)參考站，同樣大小的測(cè)區(qū)，網(wǎng)絡(luò)RTK成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的RTK測(cè)量。

3）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)作業(yè)精度高。傳統(tǒng)的RTK由于多次架設(shè)參考站，參考站誤差累積。而網(wǎng)絡(luò)RTK不需要架設(shè)參考站，虛擬參考站總是在流動(dòng)站幾米或者幾十米的附近，避免了誤差的累積，整個(gè)測(cè)區(qū)誤差

均勻。

4）網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)可靠性高。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的可靠性是由整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)維護(hù)，當(dāng)某個(gè)參考站出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)很容易檢測(cè)出。而傳統(tǒng)的RTK的可靠性是靠單個(gè)參考站來(lái)維護(hù)的，當(dāng)這個(gè)參考站出現(xiàn)問(wèn)題，則無(wú)法檢測(cè)出，這樣使得所測(cè)的結(jié)果即存在嚴(yán)重的誤差。

5）網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用更為廣泛?，F(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、線路中線測(cè)量、工程監(jiān)控、用地測(cè)量、水下地形測(cè)量、車輛導(dǎo)航等各個(gè)領(lǐng)域。

6）網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用更為便捷。用戶不需要架設(shè)參考站，只需要配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及其相應(yīng)的軟件即可進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)

定位。

2 國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)RTK研究現(xiàn)狀

隨著網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展，為提供服務(wù)的多樣性，以及運(yùn)行的長(zhǎng)期性。國(guó)內(nèi)外都開(kāi)始建立自己的CORS系統(tǒng)。CORS系統(tǒng)（連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)）是一種以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能服務(wù)系統(tǒng)，是建立數(shù)字地球時(shí)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。也是連續(xù)運(yùn)行的綜合服務(wù)系統(tǒng)。[1]CORS系統(tǒng)可以為飛機(jī)、汽車、船舶提供導(dǎo)航服務(wù)；可以為數(shù)字城市等提供高精度的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)；可以確定GPS信號(hào)的TEC，建立電離層延遲改正模型，從而向用戶提供電離層改正等。

2.1 國(guó)外CORS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了較為完備的CORS系統(tǒng)。具有代表性的有：美國(guó)的CORS系統(tǒng)、德國(guó)的CORS系統(tǒng)（SPAOS）、日本的CORS系統(tǒng)（COSMOS）和澳大利亞的CORS系統(tǒng)等。

最早的是美國(guó)的CORS系統(tǒng)，建于20世紀(jì)90年代初期。由美國(guó)大地測(cè)量局NGS牽頭組建。當(dāng)初計(jì)劃的是建立250個(gè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站間的距離為100～200 km，覆蓋全國(guó)。

值得一提的是德國(guó)的SPAOS系統(tǒng)，該系統(tǒng)是德國(guó)測(cè)量管理部門聯(lián)合運(yùn)輸、建筑、房產(chǎn)管理、國(guó)防等部門共同組建的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由250多個(gè)永久性的參考站組成，平均站間間距為40 km。[1]該系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以提供四個(gè)不同級(jí)別、不同精度的定位服務(wù)：實(shí)時(shí)定位服務(wù)、高精度實(shí)時(shí)定位服務(wù)、精密大地定位服務(wù)和高精度大地定位服務(wù)。

日本國(guó)家地理院從90年代初開(kāi)始，就著手布設(shè)地殼應(yīng)變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并逐步發(fā)展成日本GPS 連續(xù)應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（COSMOS）。[2]日本的CORS站數(shù)目最多，最為密集，基準(zhǔn)站間的距離只有10～15 km，該系統(tǒng)是日本重要的基礎(chǔ)性設(shè)施。

2.2 國(guó)內(nèi)CORS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

認(rèn)識(shí)到國(guó)際CORS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，我國(guó)國(guó)家測(cè)繪局從1993年開(kāi)始，建設(shè)自己的永久性連續(xù)觀測(cè)站，用于軌道定位、高精度定位和地球動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)。先后在北京、上海、深圳、武漢、天津、哈爾濱、烏魯木齊、海南、西安等數(shù)十個(gè)城市建立了CORS站，并逐步推向全國(guó)，建立一個(gè)覆蓋全國(guó)的CORS系統(tǒng)。

深圳正在建立最終由10個(gè)GPS永久跟蹤站組成的連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)；香港于近期完成了第一期6個(gè)永久跟蹤站組成的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)的建設(shè)，第二期7個(gè)永久基準(zhǔn)站點(diǎn)將于2002年建成。[3]北京將建立30個(gè)基準(zhǔn)站，為滿足北京基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，在此基礎(chǔ)上北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院還將建立100 個(gè)臨時(shí)基準(zhǔn)站。[4]上海市建立了由14個(gè)GPS參考站組成的全球定位系統(tǒng)。四川地震局以GPS技術(shù)為主，結(jié)合精密重力和精密水準(zhǔn)測(cè)量建立了地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。[5]

目前，我國(guó)的CORS系統(tǒng)建設(shè)還存在一些問(wèn)題：

1）我國(guó)CORS系統(tǒng)的自動(dòng)化水平不高，主要是在數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)以及分發(fā)等功能上的自動(dòng)化水平與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的自動(dòng)化水平相比差距比較大。

2）我國(guó)CORS系統(tǒng)應(yīng)用還不夠廣泛，目前只有本分VRS網(wǎng)投入使用。需要進(jìn)一步挖掘CORS系統(tǒng)的潛力，使其應(yīng)用面更加廣泛。

3）我國(guó)的CORS系統(tǒng)的運(yùn)作體制還不明確，對(duì)于是否要向用戶收取費(fèi)用還在討論之中。該文認(rèn)為，國(guó)家應(yīng)該為CORS系統(tǒng)的各項(xiàng)費(fèi)用“買單”，這樣才有利于我國(guó)CORS系統(tǒng)的發(fā)展。

國(guó)內(nèi)的學(xué)者也認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)RTK必將是GPS差分實(shí)時(shí)定位的熱點(diǎn)，紛紛在此方面做了一定程度的研究。如武漢大學(xué)為深圳市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了管理軟件，西南交通大學(xué)為四川GPS觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)了精度評(píng)估軟件，東南大學(xué)采用GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）與Internet的無(wú)縫鏈接技術(shù)并集成GPS模塊，開(kāi)發(fā)了VRS網(wǎng)用戶終端，實(shí)現(xiàn)了GPS/PDA與北京VRS網(wǎng)的接入。[6]

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)需要克服的一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)難題就是如何建立誤差改正模型，解算網(wǎng)絡(luò)RTK基線的模糊度。我國(guó)許多學(xué)者在這方面也做出了不懈的努力。武漢大學(xué)高星偉于2002年提出了綜合誤差改正模型，此模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK誤差模型的建立具有重要的實(shí)際意義。西南交大黃丁發(fā)長(zhǎng)期研究虛擬參考站系統(tǒng)。東南大學(xué)喻國(guó)榮對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK參考站周跳探測(cè)與修復(fù)、對(duì)流層和電離層改正模型的建立做了深入的研究。[6]

3 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)RTK采用24 h連續(xù)不斷的多基站觀測(cè)技術(shù)，用戶無(wú)需架設(shè)參考站，只需要配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及其相應(yīng)的軟件即可方便快捷的實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)定位，這是高精度GPS實(shí)時(shí)定位的一個(gè)巨大的飛越。CORS站的建設(shè)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)建立了成熟、高效工作的CORS系統(tǒng)。我國(guó)還處于落后階段，但我國(guó)政府和科研人員都已認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)RTK的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)開(kāi)始在北京、上海、深圳、武漢等數(shù)十個(gè)城市建立CORS站，并且大量科研人員投入到網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的研究?，F(xiàn)階段，我國(guó)CORS系統(tǒng)的建設(shè)還存在一些問(wèn)題，比如系統(tǒng)的自動(dòng)化水平不高、應(yīng)用不夠廣泛等等。繼續(xù)深入研究網(wǎng)絡(luò)RTK理論，多向歐美發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)，加強(qiáng)交流，使我國(guó)CORS系統(tǒng)的建設(shè)與國(guó)際接軌，真正的實(shí)現(xiàn)只需一臺(tái)移動(dòng)臺(tái)就可完成全國(guó)范圍的無(wú)縫測(cè)繪。

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