網(wǎng)絡(luò)RTK和常規(guī)RTK的物探測量聯(lián)合作業(yè)

付志軍，張俊元，呂小彬，盛宏斌

（中國石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司裝備服務(wù)處，新疆 哈密 839009）

現(xiàn)代測量中，由于各大衛(wèi)星系統(tǒng)的加入，衛(wèi)星信號已經(jīng)從單星和雙星到了三星或四星系統(tǒng)，RTK作業(yè)中，衛(wèi)星信號已經(jīng)不是問題，但差分信號成了限制測量工作效率的瓶頸。用衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路在做RTK差分時(shí)，對衛(wèi)星信號要求高，且費(fèi)用貴，設(shè)備要求高，現(xiàn)實(shí)不容易實(shí)現(xiàn)。物探測量常用的兩種方法是網(wǎng)絡(luò)RTK和常規(guī)RTK。網(wǎng)絡(luò)RTK是用移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸差分信號，而在實(shí)際中，移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋不均勻，在城市測量中應(yīng)用不錯(cuò)，但在偏遠(yuǎn)的物探測量工區(qū)，由于網(wǎng)絡(luò)信號不好，施工作業(yè)就會(huì)受到很大限制。而常規(guī)RTK使用時(shí)，是用數(shù)據(jù)電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈播送，受環(huán)境條件限制，但作業(yè)不靈活，基準(zhǔn)站位置和電臺(tái)安放位置要求高，不同測量設(shè)備之間聯(lián)合作業(yè)受電臺(tái)限制，不容易實(shí)現(xiàn)，用網(wǎng)絡(luò)RTK為主，常規(guī)RTK作業(yè)信號補(bǔ)充，從原理上可行，但實(shí)際中呢？本文主要對物探測量常用的兩種方法聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行探討。

1.現(xiàn)有物探測量概述

1.1 現(xiàn)有物探測量作業(yè)方式

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路：基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)通過公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送差分信號數(shù)據(jù)到Cores服務(wù)器，服務(wù)器再通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到流動(dòng)站，流動(dòng)站接收差分信號后進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，得到該處位置。

常規(guī)數(shù)據(jù)鏈路：基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)鏈數(shù)字電臺(tái)通過一定協(xié)議發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)，流動(dòng)站用客戶端電臺(tái)接收數(shù)字差分信號，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，得到該處位置。

由于以上兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，第一種，在公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋比較全的地方，可以方便地在一定范圍內(nèi)進(jìn)行全天候施工，也不用刻意去選擇基準(zhǔn)站位置，如果在Cores站范圍內(nèi)可以不設(shè)立基準(zhǔn)站，直接施工。但它存在的問題是對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號嚴(yán)重依賴，對測量數(shù)據(jù)服務(wù)器嚴(yán)重依賴。在城市附近測量比較有優(yōu)勢。第二種也比較靈活，也是一直以來在用的方法，用數(shù)據(jù)電臺(tái)發(fā)送差分信號，移動(dòng)站接收解算，直接得到測量數(shù)據(jù)，但此方法必須用數(shù)據(jù)電臺(tái)播發(fā)數(shù)字信號，對電臺(tái)信號要求高，如果在城市和山區(qū)就得用中繼站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)信號，得浪費(fèi)很多人力物力。

如果把兩種數(shù)據(jù)鏈路結(jié)合，就是我們現(xiàn)在所說移動(dòng)基站式網(wǎng)絡(luò)RTK。把基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，由Cors服務(wù)器接收，如果網(wǎng)絡(luò)信號正常，流動(dòng)站接收網(wǎng)絡(luò)信號，如果網(wǎng)絡(luò)信號不正常，則流動(dòng)站接收電臺(tái)信號，這樣施工就會(huì)方便很多。這種方法有三種方式可以實(shí)現(xiàn)，一種是基準(zhǔn)站在發(fā)送網(wǎng)絡(luò)差分信號的同時(shí)，再連接電臺(tái)進(jìn)行電臺(tái)差分信號的發(fā)送，另一種是電臺(tái)直接接收網(wǎng)絡(luò)信號后直接轉(zhuǎn)換為電臺(tái)信號進(jìn)行發(fā)送。第三種就是，在施工移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)不好的地方通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商增加網(wǎng)絡(luò)信號加強(qiáng)基站，全部用網(wǎng)絡(luò)信號，由于最后的方案費(fèi)用成本都比較高，還要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商配合，所以暫不討論。

表1 幾種差分方式對比

1.2 現(xiàn)有物探測量的作業(yè)設(shè)備

現(xiàn)有主流GPS設(shè)備主要有進(jìn)口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)口設(shè)備主要是TRIMBLE和徠卡等，國產(chǎn)設(shè)備主要是南方、華測、中海達(dá)、思南、合眾思壯等等。參與測試與施工的設(shè)備除了合眾思壯、思南與徠卡外，其他的都做過聯(lián)機(jī)測試。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)電臺(tái)為，TRIMARK3、華信電臺(tái)、DL6（DATA LINK6）、TDL450、HPB450、中海達(dá)的全能星等。

1.3 作業(yè)設(shè)備的參數(shù)統(tǒng)一

由于要與TRIMBLE設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，電臺(tái)應(yīng)該設(shè)為低頻電臺(tái)，除TRIMARK3、TDL450、HPB450為低頻電臺(tái)外，其他電臺(tái)均為全頻電臺(tái)，測試將以低頻為主。

由于各種電臺(tái)大部分能共同支持的空中波特率為9600，播發(fā)格式為TT450S，奇偶校驗(yàn)為無。而電臺(tái)與主機(jī)的通訊協(xié)議因主機(jī)與電臺(tái)和主機(jī)不同而定，都可以設(shè)置。

在TRIMBLE系列主機(jī)中，支持的廣播格式有CMR+、CMRx、CMR、RTCM2.3、RTCM3.0幾種，而國產(chǎn)設(shè)備中支持的廣播格式有點(diǎn) RTCM2.3、RTCM3.0、RTCM3.2。其中，只有RTCM2.3和RTCM3.0為共同有的格式，前一種格式較老，且不支持雙星。所以我們設(shè)置時(shí)將基準(zhǔn)站和流動(dòng)站統(tǒng)一設(shè)置為RTCM3.0。

準(zhǔn)備幾張有數(shù)據(jù)流量的4G信號的SIM卡，包月的流量不必過大，每月大約500M，十幾塊錢的物流數(shù)據(jù)卡就夠用。

2.不同作業(yè)方式和不同作業(yè)設(shè)備聯(lián)合作業(yè)測試

2.1 華測CHC i80型接收機(jī)兩種方法對比

將CHC i80與DL6電臺(tái)和主機(jī)相連，和平常我們架設(shè)基準(zhǔn)站一樣連接，只是在設(shè)置時(shí)，在設(shè)置上先打開測地通，新建工區(qū)工作模式，工作方式選擇手動(dòng)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，數(shù)據(jù)接收方式選內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)+外掛電臺(tái)，然后啟動(dòng)基準(zhǔn)站，前提是所用控制點(diǎn)要有網(wǎng)絡(luò)信號。

流動(dòng)站如果采用網(wǎng)絡(luò)，用網(wǎng)絡(luò)方式啟動(dòng)，如果網(wǎng)絡(luò)信號不好，則切換成電臺(tái)模式，而其他型號設(shè)備則用電臺(tái)模式。這樣實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合作業(yè)。

將基準(zhǔn)站主機(jī)設(shè)為網(wǎng)絡(luò)模式，啟動(dòng)基準(zhǔn)站，用中海達(dá)生產(chǎn)的HDL全能星電臺(tái)進(jìn)行中繼，并將接收到的網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換為電臺(tái)信號進(jìn)行發(fā)射，流動(dòng)站接收網(wǎng)絡(luò)信號或者電臺(tái)信號，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作業(yè)。

相比第一種方法，第二種方法必須要用到全能星電臺(tái)，并且電臺(tái)內(nèi)要和其他GPS主機(jī)一樣有SIM數(shù)據(jù)卡，會(huì)產(chǎn)生一定流量。但這種方法基準(zhǔn)站架設(shè)比較靈活，只要有網(wǎng)絡(luò)信號都可以，比如營地，而全能星電臺(tái)可以隨時(shí)移動(dòng)到工地高的有網(wǎng)絡(luò)的地方。

用HPB450和TDL450作中繼測試都能夠進(jìn)行中繼。但是所有電臺(tái)必須將接收頻道和轉(zhuǎn)發(fā)頻道調(diào)為不同頻才能實(shí)現(xiàn)電臺(tái)信號中繼。

2.2 其他設(shè)備的測試情況

用TRIMBLE R10做基準(zhǔn)站測試時(shí)由于國內(nèi)沒有服務(wù)器，不成功，R8GNSS和R7GNSS只能手簿連接網(wǎng)絡(luò)，但是網(wǎng)絡(luò)和電臺(tái)信號不能同時(shí)發(fā)射，用網(wǎng)絡(luò)配合全能星電臺(tái)也可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和電臺(tái)共同施工。如果沒有全能星電臺(tái)，只能電臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)二選一，但基準(zhǔn)站穩(wěn)定性比較好。

用中海達(dá)和南方做基準(zhǔn)站都進(jìn)行了測試，網(wǎng)絡(luò)和電臺(tái)信號都沒問題，和CHC i80測試一樣，但是由于各廠家的服務(wù)器不同，不同廠家的設(shè)備不能互相登錄其他廠家的服務(wù)器。

全能星電臺(tái)只能和華測、中海達(dá)設(shè)備測試，用網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和電臺(tái)連接時(shí)，電臺(tái)只能和本廠家主機(jī)進(jìn)行連接，有的電臺(tái)和天寶中繼也配合不好。

3.聯(lián)合作業(yè)的實(shí)踐情況

3.1 連北測區(qū)情況

2019年上半年在吐魯番火焰山地和村莊、戈壁等非常典型的物探測量工區(qū)，在此工區(qū)施工中，用CHC i80做基準(zhǔn)站，架設(shè)在營地發(fā)展的控制點(diǎn)上，用全能星電臺(tái)架設(shè)在靠近縣城的山上，再用TRIMARK做中繼，流動(dòng)站有南方、CHC i80 TRIMBLE R7GNSS和R8GNSS，用此方法聯(lián)合作業(yè)，用時(shí)1個(gè)多月高效順利完成了測量作業(yè)。最后和南方網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器測試通后，用南方基準(zhǔn)站還能很好服務(wù)于X6手持機(jī)的打井進(jìn)口測量作業(yè)。

3.2 四川山地二維測量施工情況

在四川山地的施工經(jīng)驗(yàn)來看，由于工區(qū)溝壑縱橫，所以部分地區(qū)無網(wǎng)絡(luò)信號。常規(guī)RTK全部利用數(shù)據(jù)電纜與電臺(tái)進(jìn)行連接，將基站采集的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和文件通過電臺(tái)進(jìn)行播發(fā)，流動(dòng)站通過內(nèi)置電臺(tái)進(jìn)行接收，從而進(jìn)行正常的差分定位作業(yè)；而網(wǎng)絡(luò)RTK在數(shù)據(jù)傳輸過程中全部是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，為了解決網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的問題，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，電臺(tái)數(shù)據(jù)二者進(jìn)行交互應(yīng)用，中海達(dá)全能星電臺(tái)能夠穩(wěn)定接收網(wǎng)絡(luò)信號并將網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)化為電臺(tái)信號播發(fā)，滿足我們對本工區(qū)電臺(tái)的要求。這樣便實(shí)現(xiàn)了工區(qū)范圍內(nèi)差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈信號的無縫覆蓋，并以此來減少發(fā)展基準(zhǔn)站和中繼站的設(shè)站次數(shù)。

4.結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)RTK和常規(guī)RTK各有優(yōu)勢，但我們還是需要根據(jù)工區(qū)情況、項(xiàng)目具體情況選擇合理的測量方法，如在西北地區(qū)很多地方無網(wǎng)絡(luò)信號，那么常規(guī)RTK方法即為最合適的方法，在東部地區(qū)CORS站密集的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)RTK成為最合適的方法，如果設(shè)備型號多、網(wǎng)絡(luò)信號復(fù)雜，用網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)電臺(tái)信號方法都適用，這樣一個(gè)施工項(xiàng)目避免幾種不同設(shè)備架設(shè)幾種不同的基準(zhǔn)站，對設(shè)備和人力造成浪費(fèi)。