高精度定位技术RTK(Real-TimeKinematic)     DATE: 2020-01-02 11:34

在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果,历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。

以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分方法,这是一种新的常用的GPS测量方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。

RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,随着科学技术的不断发展,RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS,有些城市建立起CORS系统,这就大大提高了RTK的测量范围,当然在数据传输方面也有了长足的进展,电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输,大大提高了数据的传输效率和范围。

RTK平面控制点按精度划分等级为:一级控制点、二级控制点、三级控制点。RTK高程控制点按精度划分等级为五等高程点。
一级、二级、三级平面控制点及等外高程控制点,适用于布设外业数字测图和摄影测量与遥感的控制基础,可以作为图根测量、像片控制测量、碎部点数据采集的起算依据。平面控制点可以逐级布设、越级布设或一次性全面布设,每个控制点宜保证一个以上的等级点与之通视。
RTK测量可采用单参考站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。在通信条件困难时,也可以采用处理动态测量模式进行。在建立CORS网的地区,宜优先采用网络RTK技术测量。

Ntrip (Networked Transport ofRTCM via Internet Protocol)(通过互联网进行RTCM网络传输的协议)是在互联网上进行RTK数据传输的协议。所有的 RTK数据格式(NCT,RTCM,CMR,CMR+等等)都能被传输。

用户使用网络通讯协议NTRIP访问CORS(ContinuouslyOperating Reference Stations)即网络基准站后,不用单独架设GPS基准站,即可通过网络收发GPS差分数据,实现GPS流动站的差分定位。

如前所述,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CORS(ContinuousOperational Reference System)已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS示意图随着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。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。 CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成,各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体,形成专用网络。

基准站网由范围内均匀分布的基准站组成。负责采集GPS卫星观测数据并输送至数据处理中心,同时提供系统完好性监测服务。

数据处理中心是系统的控制中心,用于接收各基准站数据,进行数据处理,形成多基准站差分定位用户数据,组成一定格式的数据文件,分发给用户。数据处理中心是CORS的核心单元,也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。中心24小时连续不断地根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算,自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站(包括基准站坐标和GPS观测值信息)并通过现有的数据通信网络和无线数据播发网,向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息,以便实时解算出流动站的精确点位。
数据传输系统则是各基准站数据通过光纤专线传输至监控分析中心,该系统包括数据传输硬件设备及软件控制模块。
数据播发系统是由系统通过移动网络、UHF电台、Internet等形式向用户播发定位导航数据。
用户应用系统则包括用户信息接收系统、网络型RTK定位系统、事后和快速精密定位系统以及自主式导航系统和监控定位系统等。按照应用的精度不同,用户服务子系统可以分为毫米级用户系统,厘米级用户系统,分米级用户系统,米级用户系统等;而按照用户的应用不同,可以分为测绘与工程用户(厘米、分米级),车辆导航与定位用户(米级),高精度用户(事后处理)、气象用户等几类。

CORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式,其主要优势体现在:
1)改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围;
2)采用连续基站,用户随时可以观测,使用方便,提高了工作效率;
3)拥有完善的数据监控系统,可以有效地消除系统误差和周跳,增强差分作业的可靠性;
4)用户不需架设参考站,真正实现单机作业,减少了费用;
5)使用固定可靠的数据链通讯方式,减少了噪声干扰;
6)提供远程INTERNET服务,实现了数据的共享;
7)扩大了GPS在动态领域的应用范围,更有利于车辆、飞机和船舶的精密导航;
8)为建设数字化城市提供了新的契机。

CORS系统仅是一个动态的、连续的定位框架基准,同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的重要的城市基础设施,CORS可在城市区域内向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息,并实现城市测绘数据的完整统一,这将对现代城市基础地理信息系统的采集与应用体系产生深远的影响。它不仅可以建立和维持城市测绘的基准框架,更可以全自动、全天候、实时提供高精度空间和时间信息,成为区域规划、管理和决策的基础。该系统还能提供差分定位信息,开拓交通导航的新应用,并能提供高精度、高时空分辨率、全天候、近实时、连续的可降水汽量变化序列,并由此逐步形成地区灾害性天气监测预报系统。此外,CORS系统可用于通信系统和电力系统中高精度的时间同步,并能就地面沉降、地质灾害、地震等提供监测预报服务、研究探讨灾害时空演化过程。
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。与传统的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。

下面简单介绍上海虚拟参考站(VRS)系统的构成:
基于虚拟参考站的原理,上海VRS(VirtualReference Station)系统平台的由连续运行参考站网、数据控制中心、流动站、数据通讯系统和数据发布等五个子系统组成。
连续运行参考站网(CORS)由分布在上海的十个基准站组成,如下图所示。

该平台接收CORS发送来的GPS卫星数据,检查数据质量,实时解算覆区域的电离层误差模型、对流层误差模型、GPS星历误差模型和L1L2整周模糊度的固定,并根据流动站的请求,实时生成各流动站的虚拟参考站数据,并将其以RTCM的格式发送给流动站。