網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)的應(yīng)用研究

周 丹

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 RTK 在公路測量中的應(yīng)用

1.1 RTK 技術(shù)在控制測量中的應(yīng)用

GPS 靜態(tài)測量很早就以應(yīng)用于公路測量中的控制測量。研究表明:RTK 測量的同一點(diǎn)位相對于靜態(tài)GPS 觀測點(diǎn)基本是一致的，而對于常規(guī)儀器的觀測的一、二級導(dǎo)線來說有些相差稍大。由此可見，RTK 技術(shù)可用于常規(guī)的控制測量，將對傳統(tǒng)的逐級布網(wǎng)的理論予以更新。根據(jù)《公路勘測規(guī)范》導(dǎo)線測量的技術(shù)要求和實(shí)際應(yīng)用來看，RTK 測量完全可以布設(shè)二級導(dǎo)線及其以下的各級控制測量起閉點(diǎn)，但在使用中要注意作業(yè)半徑，基準(zhǔn)站的等級及布設(shè)的GPS 點(diǎn)的距離校核。根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范要求，建議對圖形條件要求較高的仍然采用傳統(tǒng)方法布設(shè)控制網(wǎng)。

1.2 RTK 技術(shù)在中線測量中的應(yīng)用

RTK 測量技術(shù)用于公路測量中的道路中線放樣可大大提高工作效率。采用RTK 技術(shù)，放樣工作可由一人完成。將線路參數(shù)如線路起終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK 的外業(yè)控制器即可放樣，放樣方法靈活，即可按照樁號放樣，也可按照坐標(biāo)放樣，并可隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直至誤差小于設(shè)定時的為止。所有中樁數(shù)據(jù)(樁號、高程、坐標(biāo))都可以文本文件形式提供給設(shè)計(jì)人員使用。

2 RTK 在數(shù)字測圖中的應(yīng)用

地形測圖是為城市、礦區(qū)以及各種工程提供不同比例尺的地形圖，以滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃和各種經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。用常規(guī)的測圖方法(如全站儀)通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，這種控制一般是在國家高等級控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級控制網(wǎng)點(diǎn)。最后依據(jù)加密的控制點(diǎn)和圖根點(diǎn)，測定地物點(diǎn)和地形點(diǎn)在圖上的位置，并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。

近幾年來，發(fā)展到全站儀和電子手簿采用地物編碼的方法，利用測圖軟件測圖測繪地形圖。但都要求測站點(diǎn)與被測的周圍地物、地貌等碎部點(diǎn)之間通視，而且至少要求2 ～3 人操作。

RTK 技術(shù)的出現(xiàn)可以不用布設(shè)各級控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速的測定地物點(diǎn)、地形點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件。

采用RTK 進(jìn)行測圖時，僅需一人背著儀器在要測的碎部點(diǎn)上呆上1 ～2 s并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜微機(jī)記錄，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，把一個區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測定后回到室內(nèi)或在野外，有專業(yè)測圖軟件可以輸出所需求的地形圖。用RTK 技術(shù)測定點(diǎn)位不要求點(diǎn)間通視，僅需一人操作，便可完成測圖工作，大大提高了測圖的工作效率。因此，RTK 技術(shù)一出現(xiàn)，其在測量中的應(yīng)用立刻受到人們的重視和青睞。

3 中國CORS、VRS 的建設(shè)及應(yīng)用情況

目前，中國有好幾個城市都已建成或正建CORS系統(tǒng)。以深圳CORS 和成都CORS 為例介紹:

3.1 深圳連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(SZCORS)簡介

SZCORS 是深圳市國土規(guī)劃局主持，由武漢大學(xué)GPS 工程技術(shù)研究中心承建的實(shí)時動態(tài)型CORS，項(xiàng)目于2000 年5 月啟動，2001 年9 月建成并投入試驗(yàn)和試運(yùn)行。該系統(tǒng)由衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站、系統(tǒng)控制中心、用戶數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用、數(shù)據(jù)通信5 個子系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)通信采用可實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)的深圳市政府信息網(wǎng)。SZCORS 采用網(wǎng)絡(luò)RTK 的虛擬基站技術(shù)(VRS)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見下圖1:

圖1 SZCORS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)組成

3.2.1 衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站

衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站是SZCORS 的數(shù)據(jù)源，用于實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星信號捕獲、跟蹤、記錄和傳輸，主要包括不間斷電源、GPS 接收機(jī)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、防電涌等設(shè)備。目前已建立5 個永久基準(zhǔn)站。

3.2.2 系統(tǒng)控制中心

系統(tǒng)控制中心是SZCORS 核心單元，由中心網(wǎng)絡(luò)(圖3.2)和軟件系統(tǒng)組成，主要具有數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

1)數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)質(zhì)量分析和評價;數(shù)據(jù)綜合、數(shù)據(jù)分流和數(shù)據(jù)存儲;利用VRS 技術(shù)形成差分修正數(shù)據(jù)。

2)系統(tǒng)監(jiān)控。監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);遠(yuǎn)程管理;故障分析與故障警視。

3)信息服務(wù)。通過網(wǎng)站向用戶提供事后精密處理的數(shù)據(jù)服務(wù)、坐標(biāo)系高程系轉(zhuǎn)換服務(wù)、控制測量、工程測量的軟件服務(wù)和計(jì)算服務(wù)。

4)網(wǎng)絡(luò)管理。監(jiān)控并管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò);通過硬軟件隔離技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，保障信息安全;管理網(wǎng)站，通過Internet 向用戶提供http，ftp 等訪問服務(wù)。

5)用戶管理。用戶登記、注冊、撤消、查詢、權(quán)限等管理;提供訪問授權(quán)和用戶使用記錄。

圖2 系統(tǒng)控制中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.2.3 用戶數(shù)據(jù)中心

SZCORS 對外的數(shù)據(jù)服務(wù)通過用戶數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)，分為2 個部分:①利用E12PRI 數(shù)字中繼線路實(shí)現(xiàn)多路用戶實(shí)時接入;②以網(wǎng)站方式向用戶提供數(shù)據(jù)和軟件下載服務(wù)。用戶數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)如圖3所示:

圖3 用戶數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)示意圖

用戶數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)及施工中采取了多種措施以確保通信的可擴(kuò)充性和兼容性:設(shè)置冗余訪問服務(wù)器，可連接多根E12PRI 線路以擴(kuò)展容量;在廣播電臺設(shè)立了無線中繼站，可利用此鏈路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)廣播(Radio Data System，簡稱RDS);配置UHF/VHF 設(shè)備，發(fā)播單站差分?jǐn)?shù)據(jù)。

3.2.4 用戶應(yīng)用子系統(tǒng)

用戶應(yīng)用子系統(tǒng)涉及龐大的用戶群落，按照應(yīng)用領(lǐng)域，可分為測繪與工程用戶(厘米、分米級)，車輛導(dǎo)航與定位用戶(米級)，高精度用戶(事后處理)等;按照精度，則可分為厘米級用戶系統(tǒng)，分米級用戶系統(tǒng)，亞米級用戶系統(tǒng)，米級用戶系統(tǒng)等。不同用戶使用不同精度的差分信息，靜態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)可達(dá)到毫米級定位精度，實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)則可獲得厘米級或分米級定位精度。雖然導(dǎo)航類用戶的定位精度只需要達(dá)到米級，但由于GPS 單機(jī)定位遠(yuǎn)不能滿足精度要求，因此向?qū)Ш筋愑脩籼峁﹤尉嗖罘謹(jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)仍是SZCORS 重要的服務(wù)內(nèi)容。為充分保障用戶投資，SZCORS 用戶應(yīng)用子系統(tǒng)充分考慮了GPS 接收機(jī)的兼容性，目前已通過多類GPS 接收機(jī)的測試，與數(shù)據(jù)服務(wù)中心的通信鏈路采用GSM 數(shù)據(jù)信。

3.3 SZCORS 性能指標(biāo)

目前SZCORS 主要具備以下功能:

1)采用VRS 作為系統(tǒng)實(shí)時定位技術(shù)，提供實(shí)時定位差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)。

2)采用GSM 數(shù)據(jù)通信方式提供實(shí)時數(shù)據(jù)訪問，通過Internet 實(shí)現(xiàn)事后精密定位的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3)永久性的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可升級為國家級GPS 跟蹤站、國家地殼形變監(jiān)測站。

目前，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到并超過了設(shè)計(jì)要求，初步形成了深圳動態(tài)大地信息網(wǎng)絡(luò)的核心平臺，向?qū)崟r網(wǎng)絡(luò)化的城市大地測量邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。今后SZCORS 的主要任務(wù)是提高數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量，豐富服務(wù)內(nèi)容，向用戶提供更完善的服務(wù)，滿足各行業(yè)對時空信息的不同要求。

4 RTK 市場及面臨的挑戰(zhàn)

目前，RTK 技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于測繪和工程行業(yè)。而隨著集最新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Internet 技術(shù)、無線通訊技術(shù)和GPS 定位技術(shù)于一身的網(wǎng)絡(luò)RTK(VRS)技術(shù)的出現(xiàn)，使高精度的GPS 發(fā)展到一個新的階段，將極大的擴(kuò)展GPS 的應(yīng)用領(lǐng)域。自1998 年以來，VRS 的應(yīng)用得到迅速發(fā)展。多個國家和地區(qū)都建成了區(qū)域性或全國范圍的VRS 系統(tǒng)。其中，以美國的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)系統(tǒng)、加拿大的主動控制網(wǎng)系統(tǒng)、德國的衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)計(jì)劃、日本的GPS 連續(xù)應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)最有影響。

中國的RTK 技術(shù)發(fā)展也十分迅速。多所院校都開設(shè)了GPS 課程，并開展了相關(guān)研究。多個城市還建設(shè)了基于VRS 技術(shù)的CORS 系統(tǒng)，這對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)城市數(shù)字化有著重要的意義。

同時，也應(yīng)該清楚的認(rèn)識到我們和發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平還有著不小的差距，國外的大公司還掌握著更先進(jìn)的技術(shù)，并大舉進(jìn)入中國市場。國內(nèi)的公司在科研水平和市場占有方面還有很大的差距。

中國政府也很重視這些問題，空間信息技術(shù)已被列入國家重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，并提供了一系列的政策支持。幾所大學(xué)也成立了GPS 工程中心，同時也出現(xiàn)了一大批研究GPS 的著作，培養(yǎng)了一批專業(yè)人員，相信這些措施會對我國空間技術(shù)的發(fā)展起到有力的推動作用。

同時國內(nèi)的GPS 公司也應(yīng)加大和高校、科研所的合作，只有這樣才能提高自己的水平，與國外先進(jìn)的公司競爭，在市場中立有一席之地。

5 結(jié) 論

網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)代表了GPS 發(fā)展的方向，其中VRS 是網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)中最有前途的一種。基于網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)的CORS 系統(tǒng)將給我們的生活帶來一場巨大的改變，極大的促進(jìn)中國的城市數(shù)字化，推進(jìn)中國的社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)，將來必將掀起一場建設(shè)CORS系統(tǒng)的熱潮。在這場熱潮中，各個城市應(yīng)充分考慮自己的位置條件，加強(qiáng)相鄰城市的溝通協(xié)調(diào)，這樣才能更快、更省的建設(shè)適合中國的城市CORS 系統(tǒng)。

［1］魏二虎，黃勁松.GPS 測量操作與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢大學(xué)出版社，2004:39－47.

［2］劉根友，朱耀仲，韓保民.GPS 單歷定位的阻尼LAMBDA算法［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版)，2004(03):195－197.

［3］吳耀強(qiáng)，呂弋培，廖華，等.GPS/VRS 衛(wèi)星定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與精度評定［J］.測繪學(xué)報，2015(11):75－77+6.

［4］李征航，何良華，吳北平.全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的最新進(jìn)展－第二講網(wǎng)絡(luò)RTK［J］.測繪信息與工程，2002，27(02):22－25+32.

［5］張九宴，劉暉，黃其歡.常用GPS 載波相位差分電文格式分析與比較.測繪信息與工程，2003，28(05):29－30.

［6］楊小軍.虛擬參考站(VRS)技術(shù)與差分改正信息的研究［D］.西南交通大學(xué)碩士論文，2005.

［7］王貴文.VRS 對流層模型與其算法研究［D］.西南交通大學(xué)碩士論文，2004.

［8］陳樹新.GPS 整周模糊度動態(tài)確定的算法及性能研究［D］.西北工業(yè)大學(xué)博士論文，2002.