网络RTK技术

摘 要：基于连续多基站观测的网络RTK技术是当前研究的热点。该文介绍了网络RTK系统的组成和虚拟参考站技术（VRS）的基本概念，论述了网络RTK较于常规RTK技术的优势，对网络RTK的研究现状作了详细的介绍和分析，指出了我国网络RTK系统的不足，展望了网络RTK的应用前景。

关键词：网络RTK 虚拟参考站 CORS

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（b）-00-02

自20世纪90年代初，RTK技术（GPS实时动态定位）问世，改变了GPS只能用于控制测量的局面，使得GPS测量广泛的应用于工程测量。但是传统的RTK技术存在很多缺陷：比如用户需要在测站区域要设参考站；测量的误差受距离的影响较大，基线长度越长，误差越大，单频接收机允许的基线长度不超过15 km，双频接收机允许的基线长度不超过30 km；初始化时间较长等。因此网络RTK技术应运

而生。

网络RTK技术是指在一定的区域内建立多个均匀分布的连续观测的参考站，融合各参考站的观测数据，建立误差改正模型，并将改正模型发送给移动站，从而实现高精度的实时定位。

目前，许多发达国家已经建立了完善的GPS连续观测系统，在城市数字化的建设中发挥着重要的作用；发展中国家也已经认清当前形势，开始逐步建立自己的GPS连续观测系统。

1 网络RTK技术

1.1 网络RTK系统的组成

网络RTK是由基准站网、数据处理中心及数据播发中心、数据通信链路和用户部分组成。

基准站网通常不少于3个基准站，应架设在环境良好的地方；基准站上应配有全波长的双频GPS接收机、数据传输设备及气象仪等。

数据处理中心是负责接收各基准站发来的观测数据，并进行融合、处理，实时的计算出基准站网内的各项误差，建立误差改正模型，然后由数据播发中心发送给用户流动站。

数据通信链路分为两种：一种是基准站和数据处理、数据播发中心之间的通信链路，通常是通过光纤、光缆、数据通信等方式连接；另一种是数据播发中心与用户接收机间的通信链路，通常是采用GSM、GPRS、CDMA等方式来实现。由于现在手机使用便利，且手机都具有上网功能，所以现在一般的工程测量都采用GPRS方式来实现播发中心与用户接收机间的连接。用户部分，用户只需要配备数据通信设备及其相应的软件即可工作。

1.2 虚拟参考站技术

网络RTK技术其中具有代表性的就是虚拟参考站技术（VRS）。各个参考站将每天观测的数据传输给数据处理中心，数据处理中心进行数据解算，建立误差模型，计算出参考站的载波相位整周模糊度；流动站通过无线电，将流动站大致坐标发送给数据处理中心，数据处理中心经过处理，在流动站附近内插得到一个虚拟的参考站，用户则接收虚拟参考站的改正信息，通过差分解算，达到高精度的实时定位。

1.3 网络RTK技术的优势

在前言中已经介绍，传统的RTK技术存在着很多缺陷；与之相比，网络RTK技术的优势主要表现为以下

1）虚拟参考站技术的诞生，打破了传统的RTK测量中基准站与流动站之间的距离的限制。传统的RTK基准站与流动站之间的距离一般不大于15 km，而网络RTK技术基准站与流动站之间的距离可达50～70 km，且具有很高的精度。

2）网络RTK成本低。传统的RTK由于基线长度的限制，为保证精度，不得不多次架设参考站；而网络RTK技术不需要架设参考站，同样大小的测区，网络RTK成本远远小于传统的RTK测量。

3）网络RTK技术作业精度高。传统的RTK由于多次架设参考站，参考站误差累积。而网络RTK不需要架设参考站，虚拟参考站总是在流动站几米或者几十米的附近，避免了误差的累积，整个测区误差

均匀。

4）网络RTK系统可靠性高。网络RTK系统的可靠性是由整个网络来维护，当某个参考站出现问题时，系统很容易检测出。而传统的RTK的可靠性是靠单个参考站来维护的，当这个参考站出现问题，则无法检测出，这样使得所测的结果即存在严重的误差。

5）网络RTK应用更为广泛。现在已广泛应用于控制测量、线路中线测量、工程监控、用地测量、水下地形测量、车辆导航等各个领域。

6）网络RTK应用更为便捷。用户不需要架设参考站，只需要配备数据通信设备及其相应的软件即可进行高精度的实时

定位。

2 国内外网络RTK研究现状

随着网络RTK技术的发展，为提供服务的多样性，以及运行的长期性。国内外都开始建立自己的CORS系统。CORS系统（连续运行参考系统）是一种以提供卫星导航定位服务为主的多功能服务系统，是建立数字地球时必不可少的基础设施。也是连续运行的综合服务系统。[1]CORS系统可以为飞机、汽车、船舶提供导航服务；可以为数字城市等提供高精度的网络RTK服务；可以确定GPS信号的TEC，建立电离层延迟改正模型，从而向用户提供电离层改正等。

2.1 国外CORS系统的发展现状

目前，许多发达国家已经建立了较为完备的CORS系统。具有代表性的有：美国的CORS系统、德国的CORS系统（SPAOS）、日本的CORS系统（COSMOS）和澳大利亚的CORS系统等。

最早的是美国的CORS系统，建于20世纪90年代初期。由美国大地测量局NGS牵头组建。当初计划的是建立250个基准站，基准站间的距离为100～200 km，覆盖全国。

值得一提的是德国的SPAOS系统，该系统是德国测量管理部门联合运输、建筑、房产管理、国防等部门共同组建的连续运行卫星导航定位服务系统。该系统由250多个永久性的参考站组成，平均站间间距为40 km。[1]该系统的特点是可以提供四个不同级别、不同精度的定位服务：实时定位服务、高精度实时定位服务、精密大地定位服务和高精度大地定位服务。

日本国家地理院从90年代初开始，就着手布设地壳应变监测网，并逐步发展成日本GPS 连续应变监测系统（COSMOS）。[2]日本的CORS站数目最多，最为密集，基准站间的距离只有10～15 km，该系统是日本重要的基础性设施。

2.2 国内CORS系统的发展现状

认识到国际CORS系统的发展现状，我国国家测绘局从1993年开始，建设自己的永久性连续观测站，用于轨道定位、高精度定位和地球动力学监测。先后在北京、上海、深圳、武汉、天津、哈尔滨、乌鲁木齐、海南、西安等数十个城市建立了CORS站，并逐步推向全国，建立一个覆盖全国的CORS系统。

深圳正在建立最终由10个GPS永久跟踪站组成的连续运行站网络服务系统；香港于近期完成了第一期6个永久跟踪站组成的连续运行基准站网的建设，第二期7个永久基准站点将于2002年建成。[3]北京将建立30个基准站，为满足北京基础建设的快速发展，在此基础上北京市测绘设计研究院还将建立100 个临时基准站。[4]上海市建立了由14个GPS参考站组成的全球定位系统。四川地震局以GPS技术为主，结合精密重力和精密水准测量建立了地壳运动观测网络。[5]

目前，我国的CORS系统建设还存在一些问题：

1）我国CORS系统的自动化水平不高，主要是在数据的采集、处理、存储以及分发等功能上的自动化水平与欧美发达国家的自动化水平相比差距比较大。

2）我国CORS系统应用还不够广泛，目前只有本分VRS网投入使用。需要进一步挖掘CORS系统的潜力，使其应用面更加广泛。

3）我国的CORS系统的运作体制还不明确，对于是否要向用户收取费用还在讨论之中。该文认为，国家应该为CORS系统的各项费用“买单”，这样才有利于我国CORS系统的发展。

国内的学者也认识到网络RTK必将是GPS差分实时定位的热点，纷纷在此方面做了一定程度的研究。如武汉大学为深圳市连续运行卫星定位服务系统开发了管理软件，西南交通大学为四川GPS观测网络开发了精度评估软件，东南大学采用GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）与Internet的无缝链接技术并集成GPS模块，开发了VRS网用户终端，实现了GPS/PDA与北京VRS网的接入。[6]

网络RTK技术需要克服的一个关键的技术难题就是如何建立误差改正模型，解算网络RTK基线的模糊度。我国许多学者在这方面也做出了不懈的努力。武汉大学高星伟于2002年提出了综合误差改正模型，此模型对网络RTK误差模型的建立具有重要的实际意义。西南交大黄丁发长期研究虚拟参考站系统。东南大学喻国荣对网络RTK参考站周跳探测与修复、对流层和电离层改正模型的建立做了深入的研究。[6]

3 结语

网络RTK采用24 h连续不断的多基站观测技术，用户无需架设参考站，只需要配备数据通信设备及其相应的软件即可方便快捷的实现高精度的实时定位，这是高精度GPS实时定位的一个巨大的飞越。CORS站的建设，欧美发达国家都已经建立了成熟、高效工作的CORS系统。我国还处于落后阶段，但我国政府和科研人员都已认识到网络RTK的发展趋势，已经开始在北京、上海、深圳、武汉等数十个城市建立CORS站，并且大量科研人员投入到网络RTK技术的研究。现阶段，我国CORS系统的建设还存在一些问题，比如系统的自动化水平不高、应用不够广泛等等。继续深入研究网络RTK理论，多向欧美发达国家学习，加强交流，使我国CORS系统的建设与国际接轨，真正的实现只需一台移动台就可完成全国范围的无缝测绘。

参考文献

[1] 李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[2] 章琼.GPS 网络RTK 技术及其应用现状分析[J].吉林水利，2009（4）：36-39.

[3] 吴北平.GPS网络RTK定位原理与数学模型研究[D].中国地质大学，2003.

[4] 朱照荣.城市GPS应用及发展趋势探讨[J].北京测绘，2002（3）：27-35.

[5] 李凤霞.网络RTK的质量控制[D].昆明理工大学，2007.

[6] 生仁军，承纲.GPS―网络RTK技术研究及其应用[J].港口科技.信息化技术，2010（2）.

[7] 刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：科学出版社，2008.

[8] 秦士琨.网络RTK相关技术研究[D].信息工程大学，2008.