RTK作业模式研究

2013-08-26张建华

科技致富向导 2013年13期

关键词：电台

张建华

【摘要】RTK（Real Time Kinematics）是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。自20世纪90年代初，RTK技术一经问世，就以其高精度、高效率的优点，极大地拓展了GPS的使用空间，被广泛应用于控制测量、地形地籍测量、工程测量等领域。本文主要对目前生产中常用的RTK作业模式进行了归纳，介绍了其基本组成和原理，并分析了各种模式的优缺点。

【关键词】RTK；CORS；电台；GPRS

在RTK作业模式下，基准站通过无线电数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅接收来自基准站的载波相位信息，还要接收来自于GPS卫星的载波相位信息，并组成相位差分观测值进行实时定位。目前生产中常用的RTK作业模式由电台模式、GPRS模式和CORS模式，下面就这三种常用作业模式的原理和优缺点加以浅析。

1.常规（电台）模式

1.1系统组成及原理

常规RTK系统主要由一个参考站（基准站）、若干个流动站及数据通讯系统（电台）组成。在常规RTK作业模式下，一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。

1.2工作流程

（1）基准站获得用户输入的测站坐标信息，采集GPS观测数据，并将二者通过数据链直接向流动站发送。

（2）流动站采集GPS观测数据，同时接收基准站发送的信息。

（3）流动站组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。

1.3作业方式

常规RTK作业时利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在视野开阔、已知坐标且点位精度较高的控制点上作为基准站，另外的GPS接收机用来测定未知点的坐标（流动站）。基准站将GPS观测值和设站点的坐标信息通过数据通讯链传送给流动站，流动站根据所接收的信息和本身所采集的观测数据进行实时数据处理得到未知点的坐标。

1.4作业优缺点

相比传统测量技术，常规RTK技术存在以下优点：

（1）观测时间短，有效地提高了工作效率，缩短野外作业时间，大大减少了劳动强度。

（2）定位精度高。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为8km），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，这是普通测量方法很难达到的精度。

（3）全天候作业。RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视，只要求满足“电磁波”通视，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要能满足RTK的基本工作条件，它也能进行快速高精度定位，有利于按时、高效地完成外业测量工作。

（4）RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强。RTK可进行多种内、外业测量工作。移动站利用自带软件，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。但常规RTK技术本身也存在一定的局限性，使得其在应用中受到限制，主要表现为：

1）用户需要架设本地的参考站。

2）误差随距离增长，可靠性和可行性随距离加大而降低。

3）误差增长使流动站和参考站距离受到限制。

4）常规RTK数据通讯通常采用无线电技术（常规电台），流动站和参考站距离受到基准站电台天线高低及障碍物影响限制较大。

2.GPRS模式

2.1工作原理及方式

GPRS模式的系统组成、原理及工作方式和常规RTK类似，只是数据通讯方式的不同，这种作业方式使用GSM、GPRS/CDMA模块或带串口线的手机（具备蓝牙功能的GPS主机可直接使用蓝牙手机），参考站信号以GSM或GPRS/CDMA的方式通过移动通讯的发射基站实时播发，流动站以相应方式接收差分数据。

作业时通过GPS生产厂商或服务商提供用户的服务器IP地址及端口号登陆，基站启动后数据会自动通过服务器转发，移动站与其绑定即可获得基站数据。

2.2作业优缺点

相比常规电台通讯，由于减少了常规电台及相关设备，故仪器配置简单，携带方便，减轻了野外作业的劳动强度，且作业距离有较大改观，特别是在城区，建筑物严重影响常规电台作业距离，而GSM或GPRS/CDMA是借助于移动通讯的发射基站，能保证有手机信号的地方均能接收到来自基站的差分信息，测量范围更加广泛。此外，基准站位置的选择更加不受限制，无需架设在高点。但采用GSM或GPRS/CDMA通讯的稳定性较差，容易受一些外部电磁信号干扰，作业范围取决于移动通讯的网络覆盖度。一般来说，因地理区域不同稳定性差异很大，经济发达地区信号稳定较好，行政区域交界处移动通讯网际切换频繁而导致稳定性较差。对于需持续采集点位、稳定性要求较高的作业如水下地形测量定位，受影响较大。采用GSM或GPRS/CDMA通讯还会产生费用，尤其是以GSM通讯，按照移动通话的标准收费，跨区域作业时还存在漫游费。

3.CORS（网络RTK）模式

3.1 CORS系统组成及原理

为了解决常规RTK技术存在的缺陷，实现大区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK技术应运而生。网络RTK也称多基准站RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分组成。

3.2作业方式

采用CORS模式的作业方式非常简单，只需一台有GPRS模块（或具有WAP上网功能的蓝牙手机）的流动站主机、一个控制手簿、一根对中杆，登陆当地的CORS系统就可以作业了。为此要做以下准备：

（1）从当地CORS系统管理部门获取IP地址、端口号、源列表、用户名和密码等信息。

（2）办理一张手机卡，并开通GPRS net 流量，可以采用包月的方式，一般两小时的GPRS 流量为一兆，可以根据每月的作业时间计算总流量，包月套餐。

3.3 CORS系统优缺点

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）采用了多个参考站的联合数据，可以有效地消除系统误差和周跳，大大提高了可靠性。