浅谈网络RTK原理及应用

摘要：文章论述了网络PTK的概念；原理及构成，网络PTK的特点及应用等。

关键词：CORS，网络RTK，GNSS，主辅站

中图分类号： F224 文献标识码： A 文章编号：

引言

RTK是Real Time Kinematics（实时动态）的缩写，特指使用GPS基站网络实现实时动态获取位置、时间及相关信息的相关技术。RTK技术可以很好的服务于测绘、机械控制、采矿、精细农业、GIS城市信息系统的搭建及其他所有与位置信息相关的服务系统。实现RTK技术需要基站的支持，传统方法通常使用单基站/多基站技术。由基站将相关误差改正信息（主要有对流层误差，电离层误差和卫星轨道误差）通过广播方式发送给用户，用户根据这些信息可以解算出自己的位置信息，通常可以达到的精度为10mm（水平）+20mm（垂直）+1ppm。使用单基站/多基站系统有很大的局限性，由于对流层误差和电离层误差的局地效应，单个基站所覆盖的区域半径一般不超过20公里，随着距离基站距离的增加，误差会越来越大。在地磁纬度偏高或偏低的地区，系统工作半径及精度将受到更大的影响。传统RTK技术还会过分依赖于单个基站的完好性，此外在建站的时候也会引入误差。 网络RTK技术是RTK技术发展的一个里程碑。该技术由若干个基站组成一个网络，同时建有一个中心站。各基站通过电信网络（光纤或DDN专线）将观测数据传给中心站，中心站通过参考站数据及模型通过内差法解算得出改正信息并将其通过GSM/GPRS公众网络发送给用户，用户根据这些实时差分改正信息可获得比较高的定位精度。与传统RTK技术相比，网络RTK基站间距离可以比较长，四川地震局VRS系统平均站间距超过60公里，一期建设最长基线曾一度超过90公里。这样，覆盖同样的区域只需要更少的基站就可以实现，成本可以大大降低。同时，网络的概念使模型解算更加可靠。本文概略介绍了连续运行参考站系统（CORS）的系统框架，探讨了当前CORS中的实时动态技术即网络RTK技术的技术类型，并分析了其主要误差源和相应的改正措施，分析CORS的应用情况及存在的问题,并进一步提出了发展趋势。

二、网络RTK的概念，原理及构成

卫星连续运行参考站系统（CORS） 随着GPS技术的飞速进步和应用普及，它在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。 卫星定位连续运行参考站网是一种将GNSS导航定位技术、现代通讯技术、计算机技术、测绘技术等多种技术集成的实用性网络系统，它提供移动定位、动态连续的空间框架等空间位置信息服务，是城市、地区和国家不可或缺的空间信息基础设施。

网络RTK系统的原理及工作流程为： 1）CORS网络中的各基准站通过当地的双频GPS接收机获取GPS卫星的载波相位、伪距等观测量，并通过有线网络实时地将原始数据上传到控制中心。 2）控制中心运行有解算软件，该软件综合各基准站发来的原始数据，并进行数据完好性检查及网络误差模型的建立。其中包括电离层误差模型、对流层误差模型、卫星轨道误差模型等。 3）外业测量人员发来数据请求（NMEA格式），其信息中包含有流动站位置的粗略信息、用户登录名及用户密码等。控制中心在进行完用户验证之后根据流动站的位置信息在其附近生成一“虚拟参考站”，该“虚拟参考站”原始数据的生成是基于其精确坐标外加网络误差模型给出的该点误差量累加而成，从数据本身来看，与真实GPS基准站的数据并无二样。 4）控制中心按照外业测量人员使用的通讯链路将虚拟参考站的数据原路发回（RTCM或CMR格式）。外业测量人员可按照常规RTK的原理进行超短基线的RTK作业，并获得厘米级的测量精度。

三、网络RTK的特点及应用

传统的RTK作业，其作用距离有限，在保证精度的情况下，作用距离大约在10公里左右，而且要经常移动基准站，架设中继站，有时在树下等隐蔽区域无法接收到电台信号。它的定位精度与站间距离成反比，精度在测区内的均匀性得不到保证：在观测过程中，没有数据完好性的监控，可靠性不够，同时存在粗差。连续运行参考站系统（CORS）可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位，伪距)、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统GPS作业相比连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。

杭州的CORS网是2009年由河南省煤田地质局物探测量队协助建立的,整个网选取杭州市以前的高等级控制点,通过科学配置,重新进行观测,经过1个多月的连续观测,在室内进行高精度的平差,从而形成了目前的规模,如今所测控制点完全能够满足杭州市及郊区县的测图需要。

我们在实际测量工作中运用其该技术的方式是：以杭州CORS网为依托,进行RTK快速定位从而获取高精度的一级控制点。 (1)所用仪器属于自检的项目必须进行自检,尽量减少仪器误差。(2)RTK测量时必须使用三脚架,严禁使用对中杆及简易三脚架。(3)仪器高量取到主机护圈中间位置,在不同位置量取2次,取其平均值作为最终天线高输入手簿。(4)测量模式采用“已测控制点”模式,采集历元不得小于180个(时间不低于3min,当信号不是太好时应适当延长观测时间);每个点应独立初始化2次,每次初始化成功15s后观测1次数据,取其平均值作为最终成果。(5)检测周边已有同等级以上控制点,符合限差要求后方可进行未知点测量。

结束语

科学技术的发展使测绘仪器发展的速度越来越快,尤其近几年来,随着3S、4D技术的广泛应用,网络RTK以其高效率、高精度、操作简单而备受用户青睐。如今各型号的GPS仪器广泛应用于控制测量、工程测量、地形测量、摄影测量、地籍测量、房产测量以及变形监测等各个领域,其在测绘生产中所起到的作用是常规测绘仪器所无法比拟的。它结合了现代通讯技术、信息网络分发技术、计算机存储及处理技术、虚拟参考站技术（VRS）、以及现代大地测量技术。随着各种科学技术的成熟以及生产和科研的需要，RTK技术的发展也势必向高精度、高效率、大范围、连续作业的方向发展。该系统为国家的基础设施建设提供便利条件。同时也为“数字城市”提供了实时可靠的数据源。

参考文献

[1]Neil Brown,Allison Kealy,James Millner,Peter Ramm,and Ian Williamson.Quality Control and Integrity Monitoring of the Victorian GPS Reference Station Network[M]. Fig XXⅡ International Congress,Washington D.C.USA April 9- 26,2002.

[2]吴耀强,吕弋培,廖华,陈维锋,彭晋川,黄丁发.GPS/VRS卫星定位服务网络建设与精度评定[J]. 测绘科学,2005,30(3).