孟祥林

( 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 GPS-RTK測量技術(shù)原理

實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，憑借差分改正和載波相位測距兩種測量方法使得動態(tài)定位精度可以達(dá)到cm級。它在基準(zhǔn)站上安置1臺接收機(jī)為參考站，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)和測站信息，通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)發(fā)送給作業(yè)流動站。流動站接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時(shí)接收基準(zhǔn)站發(fā)送的無線電數(shù)據(jù)信號，然后根據(jù)相對定位的原理進(jìn)行碎步測量。

由于無線電波衍射能力較差，在數(shù)據(jù)傳輸過程中易受電磁環(huán)境及障礙物的影響。為了避免環(huán)境對信號造成不良影響或干擾，在選擇基準(zhǔn)站架設(shè)的位置時(shí)，最好選擇在事業(yè)開闊、環(huán)境空曠、地勢較高的地方，便于無線電信號擁有更好的傳輸路徑。同時(shí)要避免將基準(zhǔn)站架設(shè)在無線電發(fā)射臺、高壓線、變壓器等有無線電干擾區(qū)域。另一方面，也要避開大范圍水域及林地，避免引發(fā)多路徑效應(yīng)，形成干擾。

GPS-RTK基準(zhǔn)站技術(shù)的優(yōu)勢是：在測區(qū)網(wǎng)絡(luò)通訊較差的地區(qū)，通過電臺發(fā)射的高功率無線信號(GPRS、GSM、CDMA網(wǎng)絡(luò))，可以實(shí)現(xiàn)在小區(qū)域(極限半徑6-10KM)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高精度、快速的三維位置定位。實(shí)現(xiàn)高效率測量工作。

2 GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用的方式

GPS-RTK(real time kinematic)是利用2臺或者2臺以上的GPS接受機(jī)利用載波相位觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)相對定位的技術(shù)。其原理是將位于基準(zhǔn)站上的GPS接收機(jī)觀測的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)通信鏈(無線電臺、網(wǎng)絡(luò)通信)實(shí)時(shí)發(fā)送出去，使位于附近的移動站GPS接收機(jī)在對衛(wèi)星觀測的同時(shí)，也接收來自基準(zhǔn)站的電臺信號，通過對所收到的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，給出移動站的三維坐標(biāo)，進(jìn)行空間位置的確定。

利用GPS-RTK架站測量時(shí)，至少配備兩臺GPS接收機(jī)，一臺接收機(jī)固定安放在基準(zhǔn)站上，其余的接收機(jī)作為移動站進(jìn)行點(diǎn)位測量。在兩臺接收機(jī)之間還需要電臺信號和數(shù)據(jù)通信連接，實(shí)時(shí)將基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站。對流動站接收到的數(shù)據(jù)(衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站的信號)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理還需要RTK軟件，其主要完成雙差模糊度的求解、基線向量的解算、坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

1)采用基準(zhǔn)站(GPS-RTK)方式，確保2臺接收機(jī)中都有可使用的通訊卡。將基準(zhǔn)站安置在測區(qū)內(nèi)地勢較高、周圍無障礙物遮擋(最少有15°以上的高度截至角)、遠(yuǎn)離高壓輸電線、通訊塔等無線電干擾的地點(diǎn)，同時(shí)要遠(yuǎn)離大面積水面或反光區(qū)域，減少多路徑效應(yīng)。

2)用RTK電子手薄連接基準(zhǔn)站，確定網(wǎng)絡(luò)差分信號波段(電臺信號波段)和小組號，并進(jìn)行基準(zhǔn)站設(shè)置，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑，并開始基準(zhǔn)站接收機(jī)。

3)在RTK電子手薄中設(shè)置好流動站，選擇網(wǎng)絡(luò)差分(內(nèi)部電臺)，并利用前期收集的最少2個(gè)已知點(diǎn)，求取測區(qū)范圍內(nèi)的改正參數(shù)，并通過另外已知點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校核。確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行測量。

GPS-RTK技術(shù)的作業(yè)范圍極限半徑10KM(電臺基準(zhǔn)站極限半徑6KM)，并且對于架設(shè)基站的位置有一定的要求。相對大一點(diǎn)的作業(yè)區(qū)域需要重復(fù)架站，給作業(yè)帶來了部分困難[1-2]。

3 CORS-RTK技術(shù)

CORS(Continuous Operational Reference System)技術(shù)既連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，是現(xiàn)代GPS的發(fā)展熱點(diǎn)。它的出現(xiàn)不僅為測繪行業(yè)帶來深刻的變革。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分成VRS、FKP、主輔站(MAC)和綜合內(nèi)插技術(shù)(CBI)技術(shù)等。現(xiàn)國內(nèi)以采用VRS算法構(gòu)架成的CORS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。

VRS(Virtual ReferenceStation)技術(shù)算法，全稱虛擬參考站技術(shù)，VRS與常規(guī)RTK不同，VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。VRS技術(shù)是利用布設(shè)在地面上的多個(gè)參考站組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)網(wǎng)絡(luò)，綜合利用各參考站的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，通過軟件處理建立精確的誤差模型來修正相關(guān)誤差。同時(shí)，流動站在作業(yè)前需要先通過GPRS、GSM、CDMA等通信手段向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，數(shù)據(jù)控制中心收到這個(gè)位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動選擇最佳的一組固定基準(zhǔn)站，根據(jù)這些站發(fā)來的信息，整體的改正GPS的軌道運(yùn)行誤差、電離層誤差、對流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發(fā)給流動站。這個(gè)差分信號的效果相當(dāng)于在流動站旁邊，生成一個(gè)虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。

虛擬參考站(VRS)具有的優(yōu)勢是：它允許服務(wù)器應(yīng)用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息來計(jì)算電離層和對流層的復(fù)雜模型，而相反，F(xiàn)KP在對電離層殘差影響的模型化方面能力 有限，它用于修正的模型非常簡單(大多數(shù)情況下僅采用了線性內(nèi)插，如SAPOS 中)，在FKP中，流動站僅能獲取兩個(gè)站的數(shù)據(jù)來計(jì)算大氣模型。 VRS的另一個(gè)優(yōu)勢是消除了對流層誤差，因?yàn)檎缥覀兩厦嫠@示的那樣，在整個(gè)VRS生產(chǎn)步驟中對流層模型是一致的。而在 FKP模式中，則存在著服務(wù)器和流動站所用對流層模型不一致的危險(xiǎn) 。

虛擬參考站系統(tǒng)的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是它的成果的可靠性、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。

4 CORS-RTK作業(yè)兩種方式

1)采用CORS技術(shù)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，就不需要架設(shè)基準(zhǔn)站了，也可以忽略架設(shè)基站時(shí)候所需要的位置和環(huán)境因素。在接收機(jī)中或者手薄中插入1張(GPRS、GSM、CDMA)通訊卡，用以建立數(shù)據(jù)聯(lián)系，通過通訊卡所在位置選擇內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)差分或者手薄差分。設(shè)置好接收機(jī)流動站狀態(tài)，登錄CORS信息平臺，移動站接收GPS信號和來自CORS系統(tǒng)基站的實(shí)時(shí)查分信息，進(jìn)行精準(zhǔn)定位。利用前期收集測區(qū)內(nèi)2個(gè)已知點(diǎn)，通過點(diǎn)校正，進(jìn)行測區(qū)的參數(shù)求取和點(diǎn)校核后進(jìn)行測量。作業(yè)范圍可以擴(kuò)大至更大的范圍。

2)在接收機(jī)與手薄都不插通訊卡的情況下，可以利用自身攜帶的智能電話的個(gè)人熱點(diǎn)模式。通過開放手機(jī)熱點(diǎn)，利用手薄的WIFI功能連接上熱點(diǎn)。其操作模式與設(shè)備中存在通訊卡的設(shè)置模式相似，唯一區(qū)別是同過WIFI熱點(diǎn)功能進(jìn)行測量作業(yè)時(shí)，手薄設(shè)置必須選擇手薄差分模式。這總方式的優(yōu)點(diǎn)是，移動設(shè)備的信號接收能力要遠(yuǎn)大于CORS信號覆蓋，可以通過智能手機(jī)建立的偽基站對信號進(jìn)行放大，從而獲得更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)[3]。

5 結(jié) 論

GPS-RTK測量技術(shù)是新時(shí)代測量的一次質(zhì)的飛越，而VRS(CORS網(wǎng)絡(luò))技術(shù)的出現(xiàn)使之外業(yè)的作業(yè)效率又一次大的提升。VRS技術(shù)和智能手機(jī)的結(jié)合應(yīng)用，可以為外業(yè)作業(yè)人員提供更方便快捷的便利，提高更快、更便捷的途經(jīng)。