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实时动态定位(RTK)

-内容来着网络

实时动态定位:Real-Time Kinematic

RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量,并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性,通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差,从而实现高精度(分米甚至厘米级)的定位。

RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性,因此在较长距离下(单频>10km,双频>30km),经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差,从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊。所以,为了保证得到满意的定位精度,传统的单机RTK的作业距离都非常有限。
为了克服传统RTK技术的缺陷,在20世纪90年代中期,人们提出了网络RTK技术。在网络RTK技术中,线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代,即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型,并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据,而是一个虚拟参考站的数据,和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据,因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术(Virtual Reference)。

RTK系统组成

RTK系统由基准站子系统、管理控制中心子系统、数据通信子系统、用户数据中心子系统、用户应用子系统组成。

基准站子系统

基准站子系统是网络RTK系统的数据源,该子系统的稳定性和可靠性将直接影响到系统的性能。基准站子系统的功能及特性有: [1]
①基准站为无人值守型,设备少,连接可靠,分布均匀,稳定; [1]
②基准站具有数据保存能力,GNSS接收机内存可保留最近7天的原始观测数据; [1]
③断电情况下,基准站可依靠自身的UPS支持运行72h以上,并向中心报警; [1]
④按照设定的时间间隔自动将GNSS观测数据等信息通过网络传输给管理中心; [1]
⑤具备设备完好性检测功能,定时自动对设备进行轮检,出现问题时向管理中心报告; [1]
⑥有雷电及电涌自动防护的功能; [1]
⑦管理中心通过远程方式,设定、控制、检测基准站的运行。 [1]

管理控制中心子系统

系统管理控制中心是整个网络RTK系统的核心,网络RTK体系是以系统管理控制中心为中心节点的星形网络,其中各基准站是网络RTK系统网络的子节点,系统管理控制中心是系统的中心节点,主要由内部网络、数据处理软件、服务器等组成,通过ADSL、SDH专网等网络通信方式实现与基准站间的连接。系统管理控制中心具有基准站管理、数据处理、系统运行监控、信息服务、网络管理、用户管理等功能。具体来讲,系统管理控制中心的主要功能有: [1]
①数据处理。对各基准站采集并传输过来的数据进行质量分析和评价,进行多站数据综合、分流,形成系统统一的满足RTK定位服务的差分修正数据。 [1]
②系统监控。对整个GNSS基准网子系统进行自动、实时、动态的监控管理。 [1]
③信息服务。生成用户需要的服务数据,如RTK差分数据、完备性信息等。 [1]
④网络管理。整个系统管理控制中心具有多种网络接人形式,通过网络设备实现整个系统的网络管理。 [1]
⑤用户管理。系统管理控制中心通过数据库和系统管理软件实现对各类用户的管理,包括用户测量数据管理、用户登记、注册、撤销、查询、权限管理。 [1]
⑥其他功能。系统管理中心还具备自动控制、系统的完备性监测等功能。 [1]

数据通信子系统

数据通信子系统由多个基准站与管理控制中心的网络连接和管理控制中心与用户的网络连接共同组成。网络RTK系统运行需要大量的数据交换,因此需要一个高速、稳定的网络平台即数据通信子系统。数据通信子系统建设包括两方面:一是选择合理的网络通信方式,实现管理控制中心对基准站的有效管理和快速可靠的数据传输;二是对基准站资源的集中管理,为用户提供一个覆盖本地区所有基准站资源的管理方案,实现各基准站、管理中心不同网络节点之间的系统互访和资源共享。这也是数据通信子系统的功能所在。 [1]
用户数据中心子系统
用户数据中心子系统一般安置于管理中心,其功能包括实时网络数据服务和事后数据服务。用户数据中心所处理的数据可分为实时数据和事后数据两类。实时数据包括RTK定位需要的改正数据、系统的完备性信息和用户授权信息。事后数据包括各基准站采集的数据结果,供用户事后精密差分使用;其他应用类包括坐标系转换、海拔高程计算、控制点坐标。其主要功能有: [1]
①实时数据发送。采用CDMA、GPRS通信方式与中心连接,采用包括用户名密码验证、手机号码验证、IP地址验证、GPUID验证等不同认证手段及其组合,安全地、多途径发播RTK改正数。 [1]
②信息下载。用户用FTP的方式登录网络服务器,根据时段选择下载基准站数据。 [1]

用户应用子系统

网络RTK系统用户设备主要配置有GNSS接收机及天线、GNSS接收机手簿或PDA、GPRS/CDMA通信设备。其应用领域十分广泛,如测绘、国土资源调查、导航等。此外,网络RTK转术怀可以用干地籍和房地产的测量。

原理

RTK(real time kinematic)是以载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。其原理是将位于基准站上的GPS接收机观测的卫星数据,通过数据通信链(无线电台)实时发送出去,而位于附近的移动站GPS接收机在对卫星观测的同时,也接收来自基准站的电台信号,通过对所收到的信号进行实时处理,给出移动站的三维坐标,并估“其精度。 [2] 
利用RTK测量时,至少配备两台GPS接收机,一台固定安放在基准站上,另外一台作为移动站进行点位测量。在两台接收机之间还需要数据通信链,实时将基准站上的观测数据发送给流动站。对流动站接收到的数据(卫星信号和基准站的信号)进行实时处理还需要RTK软件,其主要完成双差模糊度的求解、基线向量的解算、坐标的转换。 [2] 
RTK技术可以在很短的时间内获得厘米级的定位精度,广泛应用于图根控制测量、施工放样、工程测量及地形测量等领域。但RTK也有一些缺点,主要表现在需要架设本地参考站,误差随移动站到基准站距离的增加而变大。 [2] 

关键技术

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,一般都要求9600的波特率,这在无线电上不难实现。
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。在仪器方面,不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、容易操作。

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