RTK作業(yè)模式研究

張建華

【摘 要】RTK（Real Time Kinematics）是一種基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。自20世紀(jì)90年代初，RTK技術(shù)一經(jīng)問世，就以其高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)，極大地拓展了GPS的使用空間，被廣泛應(yīng)用于控制測量、地形地籍測量、工程測量等領(lǐng)域。本文主要對目前生產(chǎn)中常用的RTK作業(yè)模式進(jìn)行了歸納，介紹了其基本組成和原理，并分析了各種模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】RTK；CORS；電臺；GPRS

在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過無線電數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅接收來自基準(zhǔn)站的載波相位信息，還要接收來自于GPS衛(wèi)星的載波相位信息，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。目前生產(chǎn)中常用的RTK作業(yè)模式由電臺模式、GPRS模式和CORS模式，下面就這三種常用作業(yè)模式的原理和優(yōu)缺點(diǎn)加以淺析。

1.常規(guī)（電臺）模式

1.1系統(tǒng)組成及原理

常規(guī)RTK系統(tǒng)主要由一個(gè)參考站（基準(zhǔn)站）、若干個(gè)流動站及數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（電臺）組成。在常規(guī)RTK作業(yè)模式下，一個(gè)臨時(shí)建立的基準(zhǔn)站對所有可見的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并通過數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)將其觀測值和測站坐標(biāo)信息直接傳送給流動站，流動站采集GPS觀測數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)接收來自基準(zhǔn)站的信息，并組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到厘米級定位結(jié)果。

1.2工作流程

（1）基準(zhǔn)站獲得用戶輸入的測站坐標(biāo)信息，采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并將二者通過數(shù)據(jù)鏈直接向流動站發(fā)送。

（2）流動站采集GPS觀測數(shù)據(jù)，同時(shí)接收基準(zhǔn)站發(fā)送的信息。

（3）流動站組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到厘米級定位結(jié)果。

1.3作業(yè)方式

常規(guī)RTK作業(yè)時(shí)利用2臺以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在視野開闊、已知坐標(biāo)且點(diǎn)位精度較高的控制點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另外的GPS接收機(jī)用來測定未知點(diǎn)的坐標(biāo)（流動站）?；鶞?zhǔn)站將GPS觀測值和設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)信息通過數(shù)據(jù)通訊鏈傳送給流動站，流動站根據(jù)所接收的信息和本身所采集的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理得到未知點(diǎn)的坐標(biāo)。

1.4作業(yè)優(yōu)缺點(diǎn)

相比傳統(tǒng)測量技術(shù)，常規(guī)RTK技術(shù)存在以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）觀測時(shí)間短，有效地提高了工作效率，縮短野外作業(yè)時(shí)間，大大減少了勞動強(qiáng)度。

（2）定位精度高。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為8km），RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級，這是普通測量方法很難達(dá)到的精度。

（3）全天候作業(yè)。RTK測量不要求基準(zhǔn)站、移動站間光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波”通視，因此和傳統(tǒng)測量相比，RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小，在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū)，只要能滿足RTK的基本工作條件，它也能進(jìn)行快速高精度定位，有利于按時(shí)、高效地完成外業(yè)測量工作。

（4）RTK測量自動化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。RTK可進(jìn)行多種內(nèi)、外業(yè)測量工作。移動站利用自帶軟件，無需人工干預(yù)便可自動實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，減少了輔助測量工作和人為誤差，保證了作業(yè)精度。但常規(guī)RTK技術(shù)本身也存在一定的局限性，使得其在應(yīng)用中受到限制，主要表現(xiàn)為：

1）用戶需要架設(shè)本地的參考站。

2）誤差隨距離增長，可靠性和可行性隨距離加大而降低。

3）誤差增長使流動站和參考站距離受到限制。

4）常規(guī)RTK數(shù)據(jù)通訊通常采用無線電技術(shù)（常規(guī)電臺），流動站和參考站距離受到基準(zhǔn)站電臺天線高低及障礙物影響限制較大。

2.GPRS模式

2.1工作原理及方式

GPRS模式的系統(tǒng)組成、原理及工作方式和常規(guī)RTK類似，只是數(shù)據(jù)通訊方式的不同，這種作業(yè)方式使用GSM、GPRS/CDMA模塊或帶串口線的手機(jī)（具備藍(lán)牙功能的GPS主機(jī)可直接使用藍(lán)牙手機(jī)），參考站信號以GSM或GPRS/CDMA的方式通過移動通訊的發(fā)射基站實(shí)時(shí)播發(fā)，流動站以相應(yīng)方式接收差分?jǐn)?shù)據(jù)。

作業(yè)時(shí)通過GPS生產(chǎn)廠商或服務(wù)商提供用戶的服務(wù)器IP地址及端口號登陸，基站啟動后數(shù)據(jù)會自動通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，移動站與其綁定即可獲得基站數(shù)據(jù)。

2.2作業(yè)優(yōu)缺點(diǎn)

相比常規(guī)電臺通訊，由于減少了常規(guī)電臺及相關(guān)設(shè)備，故儀器配置簡單，攜帶方便，減輕了野外作業(yè)的勞動強(qiáng)度，且作業(yè)距離有較大改觀，特別是在城區(qū)，建筑物嚴(yán)重影響常規(guī)電臺作業(yè)距離，而GSM或GPRS/CDMA是借助于移動通訊的發(fā)射基站，能保證有手機(jī)信號的地方均能接收到來自基站的差分信息，測量范圍更加廣泛。此外，基準(zhǔn)站位置的選擇更加不受限制，無需架設(shè)在高點(diǎn)。但采用GSM或GPRS/CDMA通訊的穩(wěn)定性較差，容易受一些外部電磁信號干擾，作業(yè)范圍取決于移動通訊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋度。一般來說，因地理區(qū)域不同穩(wěn)定性差異很大，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)信號穩(wěn)定較好，行政區(qū)域交界處移動通訊網(wǎng)際切換頻繁而導(dǎo)致穩(wěn)定性較差。對于需持續(xù)采集點(diǎn)位、穩(wěn)定性要求較高的作業(yè)如水下地形測量定位，受影響較大。采用GSM或GPRS/CDMA通訊還會產(chǎn)生費(fèi)用，尤其是以GSM通訊，按照移動通話的標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)，跨區(qū)域作業(yè)時(shí)還存在漫游費(fèi)。

3.CORS（網(wǎng)絡(luò)RTK）模式

3.1 CORS系統(tǒng)組成及原理

為了解決常規(guī)RTK技術(shù)存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)厘米級、精度均勻的實(shí)時(shí)動態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)RTK也稱多基準(zhǔn)站RTK，是近年來在常規(guī)RTK、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種實(shí)時(shí)動態(tài)定位新技術(shù)。它由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通訊鏈路和用戶部分組成。

3.2作業(yè)方式

采用CORS模式的作業(yè)方式非常簡單，只需一臺有GPRS模塊（或具有WAP上網(wǎng)功能的藍(lán)牙手機(jī)）的流動站主機(jī)、一個(gè)控制手簿、一根對中桿，登陸當(dāng)?shù)氐腃ORS系統(tǒng)就可以作業(yè)了。為此要做以下準(zhǔn)備：

（1）從當(dāng)?shù)谻ORS系統(tǒng)管理部門獲取IP地址、端口號、源列表、用戶名和密碼等信息。

（2）辦理一張手機(jī)卡，并開通GPRS net 流量，可以采用包月的方式，一般兩小時(shí)的GPRS 流量為一兆，可以根據(jù)每月的作業(yè)時(shí)間計(jì)算總流量，包月套餐。

3.3 CORS系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

CORS系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)RTK測量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（1）改進(jìn)了初始化時(shí)間、擴(kuò)大了有效工作的范圍。

（2）采用連續(xù)基站，用戶隨時(shí)可以觀測，使用方便，提高了工作效率。

（3）采用了多個(gè)參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，大大提高了可靠性。

（4）用戶不需架設(shè)參考站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，提高了儀器使用效率。

（5）使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾。

（6）提供遠(yuǎn)程INTERNET服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

（7）擴(kuò)大了GPS在動態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，更有利于車輛、飛機(jī)和船舶的精密導(dǎo)航。

CORS模式除了具有GPRS模式的缺點(diǎn)外，還有（下轉(zhuǎn)第84頁）（上接第28頁）以下不利之處：

（1）由于目前各種方法都不是十分成熟，技術(shù)上還沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）系統(tǒng)的首期投入較大，需要較多的啟動資金，而且日常維護(hù)費(fèi)用大。

4.結(jié)束語

以上簡單了介紹三種常用RTK作業(yè)模式的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，希望大家能根據(jù)自己項(xiàng)目的特點(diǎn)和技術(shù)要求，靈活選用不同的作業(yè)方式來提高工作效率。