幾種網絡RTK作業方法的比較

【摘要】 對幾種網絡RTK作業方法進行論述，對各種方法的優缺點進行比較。

【關鍵詞】 GPS網絡RTK 單參考站網 VRS FKP CBI 主輔站技術

Abstract : The paper discusses several network RTK surveying methods， and com-pares the advantages and disadvantages of various methods.

前言

隨著人類空間技術的不斷提高，GPS應用領域的不斷擴展和應用技術的更加成熟。人們對GPS的應用要求也日漸提高，常規RTK定位技術始于20世紀90年代初，它極大的拓展了GPS的使用空間。但它也有著自己的局限性，由于常規RTK定位技術是建立在流動站與基準站誤差相關這一假設的基礎上的，它假設在短距離內流動站與基準站的電離層延遲，對流層延遲和軌道誤差等多種誤差的影響是一樣的，因此只有在流動站與基準站的距離較近時，才能得到厘米級精度的定位結果。而這些誤差會隨著基線長度的增加而急劇增加，當基線達到一定的長度后，將導致難以正確確定整周模糊度以至無法獲得固定解，定位精度也就難以滿足用戶的精度要求了。為了解決常規RTK作業范圍與定位精度之間的矛盾，隨之出現了網絡RTK定位技術。

網絡RTK是由參考站網.數據處理中心和數據通信線路組成的。參考站上應配備雙頻全波長GPS接收機，該接收機最好能同時提供精確的雙頻偽距觀測值，且參考站坐標應精確已知，其坐標可采用長時間GPS靜態相對定位等方法來確定。此外，這些站還應配備數據通信設備及氣象儀器。參考站應按規定的采樣率進行連續觀測，并通過數據通信鏈實時將觀測資料傳送給數據處理中心。網絡RTK技術依靠網絡將基準站連接到計算中心，聯合若干參考站數據解算或消除電離層.對流層等影響，以提高RTK定位可靠性和精度。通過對GPS天線.處理器等內部結構的改造以及對通訊手段的完善，打破了電臺傳輸有效范圍小的限制。目前網絡RTK根據技術類型主要采用以下幾種作業方法:

1.單參考站網模式

此模式原理上與普通GPS作業時的參考站沒有太大的區別，每一個參考站服務于一定作用半徑內所有的GPS用戶。對于長時間靜態跟蹤數據后處理的用戶，借助于接收調頻到載波寬帶快速網絡通信，以及其他數據通信手段提供的DGPS偽距差分改正數信息，對于從事準實時定位或實時精密導航的用戶來說服務半徑可以達到幾十千米.幾百千米甚至更長一些。至于需要實時給出厘米級定位精度的用戶來說，單參考站的服務半徑目前可以達到30KM以上。

該方法優勢:前期投入較少，隨時可以升級和擴展，系統靈活.安全.可靠.穩定，不需要任何額外的裝置，不需要報告流動站點位的雙向數據通信設備，施工周期短。

2.基于虛擬參考站系統的VRS技術方法

VRS技術是通過與流動站相鄰的幾個參考站(典型的是三個)之間的基線計算各項誤差，采用一定的算法來消除或大幅消弱這些偏差項所造成的影響。數據處理中心根據流動站送來的近似坐標(可根據偽距法單點定位技術求得)判斷出該站位于哪三個基準站所組成的三角形內。然后根據三角形插值方法建立一個對應于流動站點位的虛擬參考站(VRS)，將這個虛擬參考站的改正數消息傳輸給流動站，流動站結合自身的觀測值實時解算出流動站的精確點位，有必要時可將上述過程迭代一次。服務區每一個流動站對應著一個不同的虛擬參考站，由于虛擬參考站發送的是正常格式的RTCM信息，因而流動站并不需要知道參考站所用的參考模型。參考站需要根據流動站點位建立相應的局部改正數模型，所以流動站必須通過NMEA格式把它的點位信息發送給中央控制站，即流動站需要配備類似GSM移動電話的雙向數據通訊設備。

VRS技術的優勢:系統在DGPS準實時點位及事后差分處理的服務半徑上與單參考站網模式沒有任何差別，但是在RTK作業半徑方面應該可以得到較大距離的延伸。只要無線電通信或其他數據傳輸手段能夠保證，那么RTK的作業半徑也有可能達到30KM以上，未來的潛力甚至可以更大。虛擬參考站技術的另一個優勢就是它的成果可靠性.信號可利用性和精度水平在系統的有效覆蓋范圍內大致均勻，同離開最近參考站的距離沒有明顯的相關性。其缺點是電離層.對流層的影響只能借助改正模型來修正，改正效果受外界影響較大，不能消除或只能借助其他方法消除軌道誤差的影響。

3.基于全網整體解算模型的FKP技術方法

該技術方法采用整體的網絡解，對數據用卡爾曼濾波進行非差處理，并將所有參考站多一個觀測瞬間所采集的未經差分處理的同步觀測值實時地傳輸給數據處理中心并實時處理，產生一個稱為FKP的網絡地區修正參數，然后將這種FKP參數通過擴展的RTCM信息發送給所有服務區內的流動站。系統傳輸的FKP參數能夠比較理想地支持流動站的應用軟件。但是流動站系統必須知道有關的數學模型，才能利用FKP參數生成相應的改正數。為了獲取瞬間解算結果，每一個流動站需要借助于有關稱為ADV盒的外部裝置配合流動站接收機的RTK作業。

4.基于綜合誤差內插的CBI技術方法

該技術是根據雙差組合的優點，在基準站計算改正信息時沒必要將電離層延遲.對流層延遲等誤差都進行區分，并單獨計算出來，也沒必要將由各基準站所得到的改正信息都發給用戶。而是由監控中心統一集中所有基準站觀測數據選擇計算和插發用戶的綜合誤差改正信息。因為多種誤差在主副站之間存在較強的線性相關性，用綜合誤差表示雙差觀測方程中的所有系統誤差的綜合影響。該技術利用衛星定位誤差的相關性計算基準站上的綜合誤差并內插出用戶站的綜合誤差。該技術的優點是在消除電離層.對流層的誤差時，不使用模型，而是由已知誤差直接改正，改正效果受外界影響小，根據流動站的位置合理選擇基準站。能直接消除或消弱衛星軌道誤差與其它誤差的影響。在電離層變化較大的時間段和區域內該技術較有優勢。

5.改進的FKP技術方法——主輔站技術

主輔站技術的基本要求就是將參考站的相位距離簡化為一個公共的整周未知數水平。如果相對于某一個衛星與接收機'對'而言相位距離的整周未知數就被消除了，此時可以說兩個參考站具有一個公共的整周未知數水平。網絡處理軟件的主要任務就是將網絡中(或子網絡中)所有參考站相位距離的整周未知數歸算到一個公共的水平。一旦此次任務得以完成，接著就有可能為每一對衛星接收機及為每一個頻率分別計算出彌散性的和非彌散性的誤差。彌散性的誤差是直接相對于信號的頻率，而非彌散性的誤差則對所有的頻率來說都是相同的。由于頻率相關的電離層誤差是已知的，因而對所有頻率(L1.L2)它可以表達成完全的改正數。主輔站技術的優勢在于支持單項和雙向通訊，克服以前方法的缺點(如:誤差模擬不完善.僅僅使用三個最近的參考站的信息生成網絡改正數據.需要雙向通訊.數據量大且不標準等問題)，將成為網絡RTK的發展目標。為流動站用戶提供了極大的靈活性。能夠對網絡改正數進行簡單的.有效的內插。對流動站用戶的數量也不限制。提供網絡數據是相對真實的參考站，不是虛擬的參考站。流動站可以獲取參考站網的所有有關電離層和幾何形態誤差的信息，并以最優化的方式利用這些信息，增強了系統和用戶的安全性。

結語

目前網絡RTK正處在蓬勃發展的階段，功能將日益完善，應用領域還會不斷擴大。由于目前網絡RTK中所采用的技術都不是十分成熟，也沒有統一的國際標準。非標準化帶來一系列兼容性問題。系統的首期投入較大。誤差模型的生成還存在許多問題。由于采用的模型不正確，實時獲取的流動站點位成果根本無法確定其實際可靠性程度。任何一個參考站的故障都可能導致RTK無法正常進行。在此前提下用戶必須綜合考慮.合理選取技術作業方案。還要逐步探索并完善網絡RTK的服務和維護模式，建立有關的技術規范。

(作者單位:河南中化地質測繪院有限公司)