浅析GPS网络RTK技术及其应用

【摘 要】随着科学技术的发展，实时动态差分法作为GPS测量方法中一种新兴的测量方法比传统的GPS测量具有更加好的精度，因而在相关的领域得到广泛的使用，是GPS测量技术中的一次革命。文章介绍了GPS网络RTK技术的基本原理，阐述了其发展的现状。

【关键词】GPS；网络RTK；技术

实时动态差分技术简称RTK，是一门能够实现实时定位的技术，该技术是通过将GPS测量技术和数据传输技术融合来实现的，包括基准站和流动站两大基本组成部分。基准站对卫星数据进行监测，然后发射相应的数据而流动站对自身以及基准站的载波相位的观测值进行实时的差分处理，最终得到所需要的精确的海拔、坐标等数据。RTK技术的出现使GPS测量精度有了很大的提高，是GPS测量技术的一次巨大的飞跃，因而获得了极为广泛的使用。但是常规的RTK定位技术其测量距离具有局限性，一旦距离超过一定的限度，其定位的精确的程度就大大的降低了，这极大的限制了其使用范围。

由于常规RTK的局限性，这使得新型的网络RTK技术随之产生。随着计算机为核心的信息以及网络技术的可快速发展，在常规RTK技术的基础之上结合这些新的技术从而产生了新的实时动态定位技术，这就是多基准站RTK，也就是网络RTK。网络RTK在覆盖范围上极大的超过了常规RTK技术，除此之外，网络RTK的成本更加的低廉、定位效率高且精度也远远的高于常规RTK。由于网络RTK这一系列的优点，这使得其使用更加的广泛。以网络RTK技术作为基础，全国各地建立了大量的CORS系统。CORS系统的广泛使用，给传统的RTK测量带来了巨大的变革，主要表现在以下几个方面：第一，极大的减少了初始化的时间，提高了工作范围的覆盖面积。第二，系统使用连续的基站，这样用户的观测就变得十分的方便，可以随时进行，有利于工作时间的节省。第三，能够对数据进行全面的监控，保证作业的安全可靠，降低误差出现的概率。第四，能够接入互联网，方便数据的远距离传输和共享。我国的网络RTK发展十分迅速，且在实际中的应用也越来越广泛，文章就网络RTK技术及其应用现状展开探讨。

1 网络RTK技术简介

1.1 网络RTK技术的基本原理

为了降低各种误差对于系统的影响，保证测量结果具有较高的精度，从而在相对广泛的区域内构建一个基准站网络，将多个基准站均匀的在交大的范围之内进行设置，利用广域或者是局域差分GPS来得到精度比较高的定位结果。

1.2 网络RTK技术实现思路

流动站会产生误差，可以利用基准站网的数据对其进行计算，然后根据计算的结果进行相应的修正，修正后的信息通过相应的手段传递给用户，这样用户得到的信息就比较的精确，从而可以得到较为精确位置。常规RTK在工作过程中，利用通信系统将自身的载波相位观测值对附近的动态用户进行实时的发送。这样用户就能够依据自身获得的相同历元的载波相位观测值进行定位，同时能够参照基准站的坐标而得到自己的实时位置。在RTK中一般使用双差观测值，从而有效的减小接收机和卫星钟之间的时差，从而保证获得结果的精确性。

2 网络RTK技术服务的主要方法

2.1 虚拟参考站技术

GPS流动站先通过数字移动电话网络向控制中心发送标准的NMEA位置信息, 告知它的概略位置,控制中心接收信息,并重新计算所有GPS数据、内插到与流动站相匹配的位置,再向流动站发送改正过的RTCM信息,流动站可位于网络中的任何一点,这样RTK的系统误差就被减少或得到消除。这种为一个虚拟的、没有实际架设的参考站创建原始参考数据的技术,称之为“虚拟参考站技术”。

虚拟参考站技术实现过程分为三步:第一，系统数据处理和控制中心完成所有基准站的信息融合和误差源模型化。第二，流动站在作业的时候,先发送概略坐标给系统数据处理和控制中心,系统数据处理和控制中心根据概略坐标生成虚拟参考站观测值,并回传给流动站。第三，流动站利用虚拟参考站数据和本身的观测数据进行差分,得到高精度定位结果。

虚拟参考站技术的优点在于只需增加一个数据接收设备,不需增加用户设备的数据处理能力,接收机的兼容性比较好。虚拟参考站技术要求双向数据通讯, 流动站既要接收数据,也要发送自己的定位结果和状态,每个流动站和数据处理中心交换的数据都是唯一的,这就对系统数据处理和控制中心的数据处理能力和数据传输能力有很高的要求。虚拟参考站技术目前应用得比较广泛,可以说是网络RTK技术的一个代表。

2.2 主辅站技术

主辅站技术(MAX)是瑞士徕卡测量系统有限公司基于“主辅站概念”推出的参考站网软件SPIDER 的技术基础,其基本概念是将所有相关的代表整周未知数水平的观测数据,如弥散性的和非弥散性的差分改正数,作为网络的改正数据播发给流动站对于用户来说,主参考站并不要求是最靠近的那个参考站,尽管那样可能会更好一些。因为它仅仅被用来简单地实现数据传输的目的,而且在改正数的计算中没有任何特殊的作用。如果由于某种原因,主站传来的数据不再具有有效性,或者根本无法获取主站的数据,那么,任何一个辅站都可以作为主站。

主辅站技术可以使用单向数据通讯和双向数据通讯两种方式。单向数据通讯方式下的主辅站技术徕卡称之为MAX技术, 双向数据通讯方式下的主辅站技术称为i- MAX技术。MAX技术中同一个网络单元中发播同一组数据,用户接收机目前只有徕卡公司生产的新型接收机才能够使用。i-MAX技术与虚拟参考站技术一样,流动站必须播发自己的概略位置给数据处理中心,数据处理中心根据其位置计算出流动站的改正数,再以标准差分协议格式发播给流动站,流动站可以是各种支持标准差分协议格式的接收机。

3 国内连续运行参考站系统建设现状

经过一段时间的发展，我国的连续运行跟踪站的建设取得了很大的成功，取得了不小的成就，当前我国连续运行参考站系统建设现状如下：

3.1 从上世纪末开始，我国的国家测绘局开始在全国范围内建设永久性的GPS跟踪站，主要是进行精确的定位以及监测地球动力学。

3.2 中国地壳运动观测网络。该网络最初由我国国家地震局倡导，包括中科院在内的相关的部门参与了建设和设计，建设的基准站点覆盖全国的范围，这些基站之间的平均间隔为八百公里。所有的基站每三十秒钟进行一次采样，然后上传到中心进行分析，分析的成果由国家地震局、中科院等部门所共享。当前该工程已经进入二期工程建设时期，教育部以及国家气象局也相继加入这样网络的建设当中。

3.3 深圳连续运行卫星定位服务系统。它是我国建立的第一个实用化的实时动态CORS系统,其实时定位精度可达到平面3厘米,垂直5厘米,系统由5个GPS 基准站、一个系统控制中心、一个用户数据中心、若干用户应用单元、数据通信系统五个子系统组成,各子系统互联,形成一个分布于整个城市的局域网或城域网。网络实时动态定位采用虚拟参考站技术,系统的数据服务分两种方式: 通过访问服务器以GSM数据通信方式向用户提供实时精密定位服务。通过Internet网络向用户提供精密事后处理的数据服务,并系统工作状况、新闻等动态信息。

4 结语

本文介绍了网络RTK 技术的原理和服务现状,对网络RTK定位技术中采用的常用方法进行了简单的介绍，对四种网络RTK 技术服务CORS系统的主要方法进行了较详细的描述,并介绍了CORS系统的应用现状。

参考文献：

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[2]刘文建,黄声享,林剑.CORS系统组网方案探讨[J]测绘信息与工程, 2006,(02).

[3]唐卫明,楼益栋,刘晖,陈日高,杨秋.GPS连续运行参考站系统定位精度检测方法研究[J]通信学报,2006,(08).