【摘要】 對幾種網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)方法進(jìn)行論述，對各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

【關(guān)鍵詞】 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK 單參考站網(wǎng) VRS FKP CBI 主輔站技術(shù)

Abstract : The paper discusses several network RTK surveying methods， and com-pares the advantages and disadvantages of various methods.

前言

隨著人類空間技術(shù)的不斷提高，GPS應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和應(yīng)用技術(shù)的更加成熟。人們對GPS的應(yīng)用要求也日漸提高，常規(guī)RTK定位技術(shù)始于20世紀(jì)90年代初，它極大的拓展了GPS的使用空間。但它也有著自己的局限性，由于常規(guī)RTK定位技術(shù)是建立在流動站與基準(zhǔn)站誤差相關(guān)這一假設(shè)的基礎(chǔ)上的，它假設(shè)在短距離內(nèi)流動站與基準(zhǔn)站的電離層延遲，對流層延遲和軌道誤差等多種誤差的影響是一樣的，因此只有在流動站與基準(zhǔn)站的距離較近時(shí)，才能得到厘米級精度的定位結(jié)果。而這些誤差會隨著基線長度的增加而急劇增加，當(dāng)基線達(dá)到一定的長度后，將導(dǎo)致難以正確確定整周模糊度以至無法獲得固定解，定位精度也就難以滿足用戶的精度要求了。為了解決常規(guī)RTK作業(yè)范圍與定位精度之間的矛盾，隨之出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)RTK是由參考站網(wǎng).數(shù)據(jù)處理中心和數(shù)據(jù)通信線路組成的。參考站上應(yīng)配備雙頻全波長GPS接收機(jī)，該接收機(jī)最好能同時(shí)提供精確的雙頻偽距觀測值，且參考站坐標(biāo)應(yīng)精確已知，其坐標(biāo)可采用長時(shí)間GPS靜態(tài)相對定位等方法來確定。此外，這些站還應(yīng)配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備及氣象儀器。參考站應(yīng)按規(guī)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)觀測，并通過數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)將觀測資料傳送給數(shù)據(jù)處理中心。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)依靠網(wǎng)絡(luò)將基準(zhǔn)站連接到計(jì)算中心，聯(lián)合若干參考站數(shù)據(jù)解算或消除電離層.對流層等影響，以提高RTK定位可靠性和精度。通過對GPS天線.處理器等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改造以及對通訊手段的完善，打破了電臺傳輸有效范圍小的限制。目前網(wǎng)絡(luò)RTK根據(jù)技術(shù)類型主要采用以下幾種作業(yè)方法:

1.單參考站網(wǎng)模式

此模式原理上與普通GPS作業(yè)時(shí)的參考站沒有太大的區(qū)別，每一個(gè)參考站服務(wù)于一定作用半徑內(nèi)所有的GPS用戶。對于長時(shí)間靜態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)后處理的用戶，借助于接收調(diào)頻到載波寬帶快速網(wǎng)絡(luò)通信，以及其他數(shù)據(jù)通信手段提供的DGPS偽距差分改正數(shù)信息，對于從事準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位或?qū)崟r(shí)精密導(dǎo)航的用戶來說服務(wù)半徑可以達(dá)到幾十千米.幾百千米甚至更長一些。至于需要實(shí)時(shí)給出厘米級定位精度的用戶來說，單參考站的服務(wù)半徑目前可以達(dá)到30KM以上。

該方法優(yōu)勢:前期投入較少，隨時(shí)可以升級和擴(kuò)展，系統(tǒng)靈活.安全.可靠.穩(wěn)定，不需要任何額外的裝置，不需要報(bào)告流動站點(diǎn)位的雙向數(shù)據(jù)通信設(shè)備，施工周期短。

2.基于虛擬參考站系統(tǒng)的VRS技術(shù)方法

VRS技術(shù)是通過與流動站相鄰的幾個(gè)參考站(典型的是三個(gè))之間的基線計(jì)算各項(xiàng)誤差，采用一定的算法來消除或大幅消弱這些偏差項(xiàng)所造成的影響。數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)流動站送來的近似坐標(biāo)(可根據(jù)偽距法單點(diǎn)定位技術(shù)求得)判斷出該站位于哪三個(gè)基準(zhǔn)站所組成的三角形內(nèi)。然后根據(jù)三角形插值方法建立一個(gè)對應(yīng)于流動站點(diǎn)位的虛擬參考站(VRS)，將這個(gè)虛擬參考站的改正數(shù)消息傳輸給流動站，流動站結(jié)合自身的觀測值實(shí)時(shí)解算出流動站的精確點(diǎn)位，有必要時(shí)可將上述過程迭代一次。服務(wù)區(qū)每一個(gè)流動站對應(yīng)著一個(gè)不同的虛擬參考站，由于虛擬參考站發(fā)送的是正常格式的RTCM信息，因而流動站并不需要知道參考站所用的參考模型。參考站需要根據(jù)流動站點(diǎn)位建立相應(yīng)的局部改正數(shù)模型，所以流動站必須通過NMEA格式把它的點(diǎn)位信息發(fā)送給中央控制站，即流動站需要配備類似GSM移動電話的雙向數(shù)據(jù)通訊設(shè)備。

VRS技術(shù)的優(yōu)勢:系統(tǒng)在DGPS準(zhǔn)實(shí)時(shí)點(diǎn)位及事后差分處理的服務(wù)半徑上與單參考站網(wǎng)模式?jīng)]有任何差別，但是在RTK作業(yè)半徑方面應(yīng)該可以得到較大距離的延伸。只要無線電通信或其他數(shù)據(jù)傳輸手段能夠保證，那么RTK的作業(yè)半徑也有可能達(dá)到30KM以上，未來的潛力甚至可以更大。虛擬參考站技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢就是它的成果可靠性.信號可利用性和精度水平在系統(tǒng)的有效覆蓋范圍內(nèi)大致均勻，同離開最近參考站的距離沒有明顯的相關(guān)性。其缺點(diǎn)是電離層.對流層的影響只能借助改正模型來修正，改正效果受外界影響較大，不能消除或只能借助其他方法消除軌道誤差的影響。

3.基于全網(wǎng)整體解算模型的FKP技術(shù)方法

該技術(shù)方法采用整體的網(wǎng)絡(luò)解，對數(shù)據(jù)用卡爾曼濾波進(jìn)行非差處理，并將所有參考站多一個(gè)觀測瞬間所采集的未經(jīng)差分處理的同步觀測值實(shí)時(shí)地傳輸給數(shù)據(jù)處理中心并實(shí)時(shí)處理，產(chǎn)生一個(gè)稱為FKP的網(wǎng)絡(luò)地區(qū)修正參數(shù)，然后將這種FKP參數(shù)通過擴(kuò)展的RTCM信息發(fā)送給所有服務(wù)區(qū)內(nèi)的流動站。系統(tǒng)傳輸?shù)腇KP參數(shù)能夠比較理想地支持流動站的應(yīng)用軟件。但是流動站系統(tǒng)必須知道有關(guān)的數(shù)學(xué)模型，才能利用FKP參數(shù)生成相應(yīng)的改正數(shù)。為了獲取瞬間解算結(jié)果，每一個(gè)流動站需要借助于有關(guān)稱為ADV盒的外部裝置配合流動站接收機(jī)的RTK作業(yè)。

4.基于綜合誤差內(nèi)插的CBI技術(shù)方法

該技術(shù)是根據(jù)雙差組合的優(yōu)點(diǎn)，在基準(zhǔn)站計(jì)算改正信息時(shí)沒必要將電離層延遲.對流層延遲等誤差都進(jìn)行區(qū)分，并單獨(dú)計(jì)算出來，也沒必要將由各基準(zhǔn)站所得到的改正信息都發(fā)給用戶。而是由監(jiān)控中心統(tǒng)一集中所有基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)選擇計(jì)算和插發(fā)用戶的綜合誤差改正信息。因?yàn)槎喾N誤差在主副站之間存在較強(qiáng)的線性相關(guān)性，用綜合誤差表示雙差觀測方程中的所有系統(tǒng)誤差的綜合影響。該技術(shù)利用衛(wèi)星定位誤差的相關(guān)性計(jì)算基準(zhǔn)站上的綜合誤差并內(nèi)插出用戶站的綜合誤差。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在消除電離層.對流層的誤差時(shí)，不使用模型，而是由已知誤差直接改正，改正效果受外界影響小，根據(jù)流動站的位置合理選擇基準(zhǔn)站。能直接消除或消弱衛(wèi)星軌道誤差與其它誤差的影響。在電離層變化較大的時(shí)間段和區(qū)域內(nèi)該技術(shù)較有優(yōu)勢。

5.改進(jìn)的FKP技術(shù)方法——主輔站技術(shù)

主輔站技術(shù)的基本要求就是將參考站的相位距離簡化為一個(gè)公共的整周未知數(shù)水平。如果相對于某一個(gè)衛(wèi)星與接收機(jī)'對'而言相位距離的整周未知數(shù)就被消除了，此時(shí)可以說兩個(gè)參考站具有一個(gè)公共的整周未知數(shù)水平。網(wǎng)絡(luò)處理軟件的主要任務(wù)就是將網(wǎng)絡(luò)中(或子網(wǎng)絡(luò)中)所有參考站相位距離的整周未知數(shù)歸算到一個(gè)公共的水平。一旦此次任務(wù)得以完成，接著就有可能為每一對衛(wèi)星接收機(jī)及為每一個(gè)頻率分別計(jì)算出彌散性的和非彌散性的誤差。彌散性的誤差是直接相對于信號的頻率，而非彌散性的誤差則對所有的頻率來說都是相同的。由于頻率相關(guān)的電離層誤差是已知的，因而對所有頻率(L1.L2)它可以表達(dá)成完全的改正數(shù)。主輔站技術(shù)的優(yōu)勢在于支持單項(xiàng)和雙向通訊，克服以前方法的缺點(diǎn)(如:誤差模擬不完善.僅僅使用三個(gè)最近的參考站的信息生成網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)據(jù).需要雙向通訊.數(shù)據(jù)量大且不標(biāo)準(zhǔn)等問題)，將成為網(wǎng)絡(luò)RTK的發(fā)展目標(biāo)。為流動站用戶提供了極大的靈活性。能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)改正數(shù)進(jìn)行簡單的.有效的內(nèi)插。對流動站用戶的數(shù)量也不限制。提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是相對真實(shí)的參考站，不是虛擬的參考站。流動站可以獲取參考站網(wǎng)的所有有關(guān)電離層和幾何形態(tài)誤差的信息，并以最優(yōu)化的方式利用這些信息，增強(qiáng)了系統(tǒng)和用戶的安全性。

結(jié)語

目前網(wǎng)絡(luò)RTK正處在蓬勃發(fā)展的階段，功能將日益完善，應(yīng)用領(lǐng)域還會不斷擴(kuò)大。由于目前網(wǎng)絡(luò)RTK中所采用的技術(shù)都不是十分成熟，也沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。非標(biāo)準(zhǔn)化帶來一系列兼容性問題。系統(tǒng)的首期投入較大。誤差模型的生成還存在許多問題。由于采用的模型不正確，實(shí)時(shí)獲取的流動站點(diǎn)位成果根本無法確定其實(shí)際可靠性程度。任何一個(gè)參考站的故障都可能導(dǎo)致RTK無法正常進(jìn)行。在此前提下用戶必須綜合考慮.合理選取技術(shù)作業(yè)方案。還要逐步探索并完善網(wǎng)絡(luò)RTK的服務(wù)和維護(hù)模式，建立有關(guān)的技術(shù)規(guī)范。

(作者單位:河南中化地質(zhì)測繪院有限公司)