RTK技術(shù)的發(fā)展前景分析

王鶴龍

摘? ? 要： RTK作為一項(xiàng)適用范圍廣并且十分普及的技術(shù)，在不同方向上更新變化以適應(yīng)工作需要，在未來依然有著廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：RTK;慣導(dǎo);星基

1? 引言

在新產(chǎn)品的沖擊下，傳統(tǒng)RTK技術(shù)已有被逐漸取代的趨勢(shì)，本文通過對(duì)RTK技術(shù)的幾種發(fā)展方向的分析，探討了RTK技術(shù)在未來不同情境下應(yīng)用的可行性。

2? 時(shí)代技術(shù)背景

RTK載波相位差分技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量極大地提高了作業(yè)效率。無論是技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)的信息獲取，還是實(shí)際需求倒逼的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)下數(shù)據(jù)獲取方式的多樣化已是事實(shí)。在技術(shù)爆炸的今天，剛剛大展拳腳的RTK技術(shù)遇到了更強(qiáng)勁的對(duì)手，無人機(jī)、Lidar等一系列新式的數(shù)據(jù)采集方式顯得更受歡迎，只是在數(shù)據(jù)精度上暫時(shí)還不如RTK。在這樣的背景下，我們也迎來了不斷充實(shí)、求變的“新”RTK。

3? RTK技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的北斗已經(jīng)發(fā)展到北斗三，今年會(huì)有更多的北斗三衛(wèi)星發(fā)射上天，已經(jīng)完成組網(wǎng)進(jìn)行全球授時(shí)定位服務(wù);美國(guó)的GPS剛剛在去年底完成了首顆第三代衛(wèi)星發(fā)射，據(jù)稱其定位精度是當(dāng)前的3倍，抗干擾能力是當(dāng)前的8倍。這表明第三代GPS衛(wèi)星組網(wǎng)也已經(jīng)開始;俄羅斯的格洛納斯在最新的格洛納斯-K衛(wèi)星上天后，在軌衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到31顆，標(biāo)志著其重新恢復(fù)全球信號(hào)覆蓋;歐洲的伽利略系統(tǒng)也在經(jīng)歷初期進(jìn)展緩慢后，進(jìn)入了衛(wèi)星發(fā)射高峰期，在2018年再次發(fā)射了4顆衛(wèi)星，使在軌衛(wèi)星總數(shù)達(dá)到26顆，開始提供全球?qū)Ш椒?wù)。

在去年12月21日，自然資源部發(fā)布公告停止提供北京54坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系基礎(chǔ)測(cè)繪成果，開始全面推行使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。由于WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)和CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)扁率差異微乎其微，而各個(gè)省級(jí)CORS基站發(fā)射的是標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)緯度84坐標(biāo)，RTK測(cè)量的時(shí)候選擇2000坐標(biāo)系統(tǒng)，不需要任何參數(shù)，直接測(cè)出來的2000坐標(biāo)和真值的2000坐標(biāo)相差在厘米級(jí)。因此在大多數(shù)情境下，可以用RTK直連省級(jí)CORS網(wǎng)絡(luò)使用，方便快捷。

4? 幾種RTK的發(fā)展方向

4.1? 傾斜RTK

萊卡在2016年發(fā)布了免校正傾斜測(cè)量RTK，一時(shí)轟動(dòng)業(yè)內(nèi)。使用無校正傾斜RTK免去了對(duì)中過程，外業(yè)工作效率大大提高。不過目前傾斜測(cè)量技術(shù)主要依靠的是地磁解算，很容易受到磁場(chǎng)的影響，使用場(chǎng)景十分有限，測(cè)量結(jié)果也不可控，用戶在使用過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)受干擾情況很普遍。

4.2? 星基RTK

RTK配上星基增強(qiáng)服務(wù)，對(duì)于海洋測(cè)量、無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的陸地測(cè)量有明顯優(yōu)勢(shì)。星基增強(qiáng)系統(tǒng)通過地球靜止軌道衛(wèi)星搭載衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，可以向用戶播發(fā)星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲等多種修正信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)于原有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的改進(jìn)。凡是能收到衛(wèi)星信號(hào)的地區(qū)，也能收到專用衛(wèi)星播發(fā)的差分信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)定位的需求。我國(guó)海洋資源豐富，隨著習(xí)總書記“一帶一路”合作倡議的廣泛開展，海洋測(cè)繪必將成為一個(gè)新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)。

4.3? 多系統(tǒng)RTK

隨著美國(guó)GPS系統(tǒng)開始現(xiàn)代化、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)再次滿星座運(yùn)行、歐盟伽利略系統(tǒng)加速組網(wǎng)以及我國(guó)北斗系統(tǒng)正式向全球提供定位服務(wù)，多系統(tǒng)集成已成為RTK技術(shù)的重要發(fā)展方向。單一的GPS系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日常測(cè)量的需求，多系統(tǒng)互相輔助增強(qiáng)顯然是現(xiàn)階段民用領(lǐng)域較為容易實(shí)現(xiàn)的并且降低成本的方法，因此，多系統(tǒng)聯(lián)合將帶來一次RTK產(chǎn)品的全面換代升級(jí)。

4.4? 軟件RTK

現(xiàn)在手機(jī)的計(jì)算能力越來越強(qiáng)，軟件接收機(jī)的發(fā)展從技術(shù)上講已具備條件，從大眾市場(chǎng)的需求上講，低成本、簡(jiǎn)易型軟件RTK也更受歡迎。接收機(jī)的硬件外形越來越小，已達(dá)到了便攜的目的，解算設(shè)備從手部到手機(jī)的過度已經(jīng)開始，例如國(guó)內(nèi)華測(cè)導(dǎo)航的LandStar7和中海達(dá)的HI-RTK兩款軟件，實(shí)現(xiàn)了安卓客戶端的開發(fā)應(yīng)用，并且有云端連接選項(xiàng)，可通過云端實(shí)時(shí)查詢接收機(jī)的信號(hào)接收狀態(tài)，逐步淡化軟硬件的物理隔閡。可以預(yù)見的是，RTK軟件并入手機(jī)終端是一個(gè)發(fā)展方向。搭上手機(jī)行業(yè)發(fā)力發(fā)展的順風(fēng)車，利用終端CPU的強(qiáng)勁計(jì)算能力以及豐富的硬件設(shè)備輔助，軟件RTK的發(fā)展一片光明。

4.5? 慣導(dǎo)RTK

傾斜測(cè)量使測(cè)量擁有了更多可能，但不如意的地方還是有很多：高樓、樹木的信號(hào)遮擋;無線電臺(tái)、信號(hào)塔的電磁干擾;甚至于小小的手機(jī)的使用，都有可能影響RTK的測(cè)量精度。慣導(dǎo)RTK使得傾斜測(cè)量適應(yīng)環(huán)境的能力和測(cè)量效率以及測(cè)量數(shù)據(jù)精度得到較大提升，使測(cè)量更簡(jiǎn)便。具體到技術(shù)層面，INS與GPS的組合通常有三種模式。其中深組合可以利用INS測(cè)量值、加速度、速度等信息對(duì)接收機(jī)的信號(hào)跟蹤進(jìn)行輔助，是屬于信號(hào)處理層次的底層融合，對(duì)于高動(dòng)態(tài)、復(fù)雜環(huán)境下的接收機(jī)性能提高有幫助，已在軍事、科研領(lǐng)域應(yīng)用。隨著MEMS、IMU的成本下降及性能提高，未來慣導(dǎo)與RTK的結(jié)合將不僅僅是用來做姿態(tài)改正、短時(shí)間的衛(wèi)星失鎖連續(xù)測(cè)量，更有價(jià)值的是通過深組合帶來信號(hào)更好、更穩(wěn)定、精度更高的RTK接收機(jī)。

4.6? 視覺RTK

隨著像無人機(jī)、無人車等自動(dòng)化載體的流行，RTK與視覺定位技術(shù)的融合已成為趨勢(shì)。視覺增強(qiáng)型RTK利用GNSS與視覺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在誤差源的相互獨(dú)立性和排他性的特點(diǎn)，將高精度GNSS定位和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)深度融合、在數(shù)據(jù)層上讓二者互相校正，從而保證了在各種復(fù)雜場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度定位。主要的使用場(chǎng)景就是當(dāng)下火熱的無人機(jī)和自動(dòng)駕駛。比如大疆在去年發(fā)布的PHANTOM 4 RTK小型多旋翼高精度航測(cè)無人機(jī)就是利用視覺校準(zhǔn)和RTK技術(shù)結(jié)合進(jìn)行工作的。可見，未來無人機(jī)和自動(dòng)駕駛技術(shù)比拼的不是飛行和駕駛，而是視覺和定位。

5? 多系統(tǒng)聯(lián)合下的GNSS

RTK技術(shù)說到底是一項(xiàng)GNSS定位技術(shù)，目前完善的體系包括我國(guó)的北斗、美國(guó)的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略，小范圍的區(qū)域定位系統(tǒng)還有日本準(zhǔn)天頂和印度的IRNSS。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化建設(shè)的重要組成部分和推進(jìn)力量，直接關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。單個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在某些情況下并不能完全保證用戶定位、定時(shí)、導(dǎo)航服務(wù)的可靠性，特別是在高樓林立的城市地區(qū)，導(dǎo)航信號(hào)很容易被遮擋，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。而所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都分為民用和軍用服務(wù)兩部分。在民用領(lǐng)域完全可以通過不同系統(tǒng)之間相互輔助增強(qiáng)，達(dá)到提高精度和信號(hào)覆蓋范圍的目的。顯然，兼容互操作可以無限制地使用多星座提供的多頻觀測(cè)信息，減弱對(duì)單一星座的依賴，降低電磁干擾、地形遮擋、電離層閃爍等因素導(dǎo)致的性能下降或服務(wù)中斷風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這并不容易，比如到2017年底中美才簽署《北斗與GPS信號(hào)兼容與互操作聯(lián)合聲明》。而且，對(duì)于衛(wèi)星定位系統(tǒng)，信號(hào)兼容需要考慮空間參考坐標(biāo)、時(shí)間參考系統(tǒng)、載波頻率、空間導(dǎo)航信號(hào)等多方面因素。這是一個(gè)未來發(fā)展的大趨勢(shì)，并不是一蹴而就的小課題，我們懷著和平美好的愿望，希望早日實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)合下的GNSS。

6? 結(jié)束語

綜合上述分析，RTK技術(shù)在新時(shí)代有很大的潛力可供挖掘，它并不會(huì)被其他的技術(shù)手段完全取代，而是成為新技術(shù)的一部分。伴隨數(shù)據(jù)采集方式的多樣性，RTK技術(shù)也在不斷進(jìn)步，并參與到各種生產(chǎn)生活方式中去。因此，RTK技術(shù)在未來依然擁有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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