黃鶯

摘 要：該文重點(diǎn)介紹GPS RTK技術(shù)的原理、網(wǎng)絡(luò)RTK的原理及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在電力管線三維測(cè)量中的應(yīng)用，作了簡(jiǎn)要地闡述。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 網(wǎng)絡(luò)RTK VRS

中圖分類號(hào)：TD611.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0087-02

當(dāng)今科技發(fā)展非常迅速，GPS技術(shù)也隨之發(fā)展，全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等都是GPS技術(shù)的顯著特色，也被測(cè)繪工作者廣泛的應(yīng)用，逐漸影響著我們的生活工作。GPS靜態(tài)相對(duì)測(cè)量已廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量。但GPS靜態(tài)測(cè)量固有的缺點(diǎn)是外業(yè)測(cè)量在測(cè)站上需要較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間，測(cè)量成果、測(cè)量精度無(wú)法及時(shí)獲取，難免要造成外業(yè)返工現(xiàn)象。GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK模式，則能夠克服以上缺點(diǎn)，以實(shí)時(shí)、高精度特點(diǎn)為控制測(cè)量帶來(lái)業(yè)務(wù)模式突破，在工程放樣、碎部采集、水域測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)繪等廣泛領(lǐng)域帶來(lái)深刻影響，極大促進(jìn)電力管線測(cè)量工作發(fā)展。

1 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種GPS經(jīng)常使用到的測(cè)量方法，比如靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的測(cè)量只能在利用事后進(jìn)行解算才能得到厘米級(jí)的精度，然而RTK技術(shù)是一種能夠?qū)崟r(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用的是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)差分（Real time kinematic）方法，是具有里程碑意義的應(yīng)有，為地形測(cè)圖、工程放樣，在很大程度上提高了外業(yè)作業(yè)效率，還給各種控制測(cè)量帶來(lái)了新的發(fā)展曙光。

GPS測(cè)量，特別是高精度的通常采用載波相位觀測(cè)值，而RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維地位結(jié)果，而且精度很高。RTK作業(yè)模式下，流動(dòng)站是基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息傳送給的。而且它不僅接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要適時(shí)采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并要實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值，給出精準(zhǔn)度在厘米級(jí)定位結(jié)果。流動(dòng)站的狀態(tài)，可靜止也可運(yùn)動(dòng)；可以先在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化然后再進(jìn)入到動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可以在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成求解運(yùn)算。在整周模糊度解固定后，即可對(duì)每個(gè)歷元進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理，只要能夠同時(shí)保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤以及必要的幾何圖形，流動(dòng)站可實(shí)時(shí)得到精準(zhǔn)定位。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時(shí)要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)數(shù)據(jù)及已經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK定位是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種高精度的GPS定位技術(shù)，它利用多個(gè)基準(zhǔn)站構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)，然后借助廣域差分GPS和具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分GPS中的基本原理和方法來(lái)消除或削弱各種GPS測(cè)量誤差對(duì)流動(dòng)站的影響，從而達(dá)到提高定位結(jié)果精度的目的。與常規(guī)RTK相比，該方法具有覆蓋面廣，定位精度高，可靠性強(qiáng)，可實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)定位等優(yōu)點(diǎn)，其中FKP（Flchenkorrekturparameter）的區(qū)域改正參數(shù)法技術(shù)和VRS（Virtual Reference Station）的虛擬參考站技術(shù)是比較有代表性的兩種技術(shù)。

2.1 VRS技術(shù)工作原理

VRS是由Trimble公司提出的，一種基于多參考站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，通常歸為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的一種。利用地面布設(shè)的多個(gè)參考站組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)（CORS）就是虛擬參考站技術(shù)，利用各個(gè)參考站的觀測(cè)信息，然后建立精確的誤差模型（如電離層、對(duì)流層、衛(wèi)星軌道等誤差模型），并在移動(dòng)站的附近產(chǎn)生一個(gè)虛擬參考站（VRS），物理上并不存在的，由于VRS位置通過(guò)流動(dòng)站接收機(jī)的單點(diǎn)定位解來(lái)確定，故VRS與移動(dòng)站構(gòu)成的基線通常只有很小的范圍，移動(dòng)站與虛擬參考站進(jìn)行載波相位差分改正，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。

VRS技術(shù)是集因特網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)和GPS定位技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，它的工作是有數(shù)據(jù)控制中心，移動(dòng)站點(diǎn)等相互配合的工作原理。具體的工作流程是：

（1）VRS技術(shù)的各個(gè)參考站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)不斷地向數(shù)據(jù)控制中心傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù)；

（2）基準(zhǔn)站收集數(shù)據(jù)以后，通過(guò)傳送過(guò)來(lái)，由控制中心進(jìn)行周模的模糊值計(jì)算。

（3）控制中心需要在移動(dòng)站的附近創(chuàng)建一個(gè)能夠發(fā)送給移動(dòng)站用戶的虛擬參考站（VRS），而這個(gè)虛擬參考站的數(shù)據(jù)來(lái)源需要通過(guò)流通站通過(guò)無(wú)線移動(dòng)的數(shù)據(jù)連接傳送到控制中心。然后這些數(shù)據(jù)才虛擬的參考站通過(guò)VRS上計(jì)算得出的各誤差源影響的改正值，最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)從而得到RTCM格式的用戶讀取文件。

（4）控制中心通過(guò)之前的計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，向流動(dòng)站進(jìn)行發(fā)送。流動(dòng)站得到這些虛擬參考站的差分信息以后，流動(dòng)站與VRS技術(shù)的相互配合，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，得出的定位結(jié)果非常準(zhǔn)確。

2.2 FKP技術(shù)工作原理

FKP技術(shù)是一項(xiàng)由Leica公司提出的基于全網(wǎng)整體解算模型的主副站技術(shù)。要求所有參考站將每一個(gè)觀測(cè)瞬間所采集的未經(jīng)差分處理的同步觀測(cè)值，然后實(shí)時(shí)地傳輸給中心控制站，進(jìn)而通過(guò)中心控制站對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，產(chǎn)生一個(gè)稱為區(qū)域改正參數(shù)（FKP）然后發(fā)送給移動(dòng)的用戶。為了降低參考站網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)播發(fā)量，可以使用主輔站技術(shù)來(lái)播發(fā)區(qū)域改正參數(shù)，這樣就達(dá)到了要求。主輔站概念為每一個(gè)單一參考站發(fā)送相對(duì)于主參考站的全部改正數(shù)及坐標(biāo)信息。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的所有其他參考站，也就是輔參考站，播發(fā)的是差分改正數(shù)及坐標(biāo)差。主輔站概念是完全支持單向數(shù)據(jù)通訊的，流動(dòng)站的用戶接收到改正數(shù)據(jù)后，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的以及有效的處理，也就是內(nèi)插，也可進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，獲得網(wǎng)絡(luò)固定解。

FKP技術(shù)是集因特網(wǎng)、無(wú)線通訊技術(shù)、GPS定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的定位系統(tǒng)，包含若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的參考站、、移動(dòng)站、數(shù)據(jù)控制中心，其工作原理和具體的流程如下：

（1）各個(gè)參考站通過(guò)因特網(wǎng)向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送觀測(cè)數(shù)據(jù)，而且是連續(xù)不斷地；endprint

（2）控制中心實(shí)時(shí)的處理包括整周未知數(shù)的所有解算，以致歸算各站至公共整周未知數(shù)水平；

（3）控制中心接收到來(lái)自移動(dòng)站的NMEA CGA點(diǎn)位信息。需要注意主站被盡可能地選在最靠近移動(dòng)站點(diǎn)位，這樣有利于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

（4）控制中心計(jì)算為這個(gè)流動(dòng)站計(jì)算網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)，并將它應(yīng)用于來(lái)自主站的觀測(cè)值；

（5）移動(dòng)站點(diǎn)位主要是用來(lái)自參考站網(wǎng)的信息計(jì)算高精度。

3 RTK的優(yōu)勢(shì)（以主流技術(shù)VRS為例）

3.1 VRS覆蓋范圍

VRS網(wǎng)絡(luò)可以有多個(gè)站，但最少需要3個(gè)。簡(jiǎn)單的計(jì)算一下：按邊長(zhǎng)70 km計(jì)算，一個(gè)三角形可覆蓋面積為2100多km2。例如，北京市區(qū)面積900多km2，整個(gè)北京市區(qū)只需一個(gè)三角形（3個(gè)站）就可以全覆蓋。北京全市面積1.68萬(wàn) km，10個(gè)站就可以完全控制北京全市。VRS與傳統(tǒng)的GPS網(wǎng)絡(luò)相比，可節(jié)約成本近70%。VRS系統(tǒng)可提供厘米級(jí)和亞米級(jí)這兩種不同精度的差分信號(hào)。我們所論述的是1～2 cm的高精度，而若是用低精度，建站距離可以拓展到幾百公里。

3.2 VRS的主要優(yōu)勢(shì)

（1）大幅度降低費(fèi)用。70 km的邊長(zhǎng)使建GPS網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用大大降低，用戶不需自行建參考站。相對(duì)傳統(tǒng)RTK，提高了精度。在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi)，精度始終在±1～2 cm。（2）提高可靠性。采用了多個(gè)參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)，極大提高可靠性。（3）提高精度的均衡性，整網(wǎng)統(tǒng)一精度，精度始終在±1～2 cm，不受基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間距離影響。（4）適應(yīng)更廣的應(yīng)用范圍。城市規(guī)劃，市政建設(shè)，交通管理，環(huán)保以及所有在室外進(jìn)行的勘測(cè)工作。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK在電力管線三維測(cè)量中的應(yīng)用

在上海電力管線測(cè)量中，網(wǎng)絡(luò)RTK主要在電力管線的控制測(cè)量，電力管線的帶狀地形測(cè)量和電力管線的放樣測(cè)量。

控制測(cè)量，通過(guò)控制測(cè)量的字面意義也能大概理解這是一種什么樣的測(cè)量方法。之前的測(cè)量方法，比如導(dǎo)線網(wǎng)、工程測(cè)量、大地測(cè)量等方法都要求點(diǎn)間要相互聯(lián)通，而且這種測(cè)量的精度也不是很準(zhǔn)確。而且如果在之前的戶外測(cè)量中精度不夠準(zhǔn)確，常規(guī)的測(cè)量方法不能精準(zhǔn)的定位。在測(cè)量完成以后，在之后的數(shù)據(jù)處理中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，也不能對(duì)之前的測(cè)量有更正。如果是使用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，僅僅需要一個(gè)人，不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，也不需要進(jìn)行點(diǎn)擬和，不需要擔(dān)心定位精度，只需要知道自己的要求的精度，當(dāng)達(dá)到自己要求的精度，就可以完成測(cè)量，一般一個(gè)點(diǎn)僅僅需要幾十秒的時(shí)間，這不僅可以大大減少工作強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大幅提高工作效率，從2007年以來(lái)我們運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)RTK的工作業(yè)績(jī)就是有力的證明。

帶狀地形測(cè)量，進(jìn)行管線測(cè)量的時(shí)候常常會(huì)涉及到帶狀地形的測(cè)量，帶狀地帶的測(cè)量難點(diǎn)是，要求在測(cè)量站的幾個(gè)點(diǎn)上，都要有相應(yīng)的測(cè)量?jī)x器，而且需要幾個(gè)點(diǎn)有一個(gè)相互的呼應(yīng)和配合，這樣，測(cè)量的難度就會(huì)提高而且還需要幾個(gè)人同時(shí)的進(jìn)行設(shè)備的操作。而有事對(duì)于那種地形碎部點(diǎn)更多的區(qū)域，難測(cè)量的難度就會(huì)更高。現(xiàn)在用到的RTK技術(shù)，就能很好的解決這些問(wèn)題。首先，他不需要那么多人的參與，只需要一個(gè)人拿著儀器在需要測(cè)量的地點(diǎn)上停留幾秒鐘，然后編制特征編碼，對(duì)點(diǎn)位可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行定位，測(cè)量完成后，只需將儀器帶回到室內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的下一步操作，與儀器配備的軟件分析，即可得到測(cè)量地點(diǎn)的圖像。利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)僅需要一個(gè)人操作，不要求電間通視，大大提高工作效率。

電力管線的放樣測(cè)量，這種測(cè)量方法，是測(cè)量的一個(gè)防止，放洋測(cè)量的具體應(yīng)有就是通過(guò)把人與儀器很好的連接起來(lái)，并且設(shè)計(jì)好之前的定位點(diǎn)從而時(shí)間測(cè)量定位。過(guò)去一般也是要做導(dǎo)線控制，然后結(jié)合全站儀進(jìn)行放樣，現(xiàn)在僅需要把待放的點(diǎn)輸入GPS控制器，然后一個(gè)背著儀器逐個(gè)點(diǎn)的放出來(lái)。不僅僅效率高，而且比較直觀，操作簡(jiǎn)單。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS測(cè)量高程的技術(shù)近年來(lái)有了很大的發(fā)展，有的城市已經(jīng)建成了5 km內(nèi)的GPS高程模型，甚至有的已經(jīng)建成1 km內(nèi)的高程模型，上海也在積極做這方面的工作，等到GPS高程模型建成后，就可以真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK的三維測(cè)量了。endprint