网络rtk技术及应用

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1、网络RTK技术及应用张凤录2013年03月第2页内 容 提 要1、网络RTK技术2、目前主流的网络RTK技术3、CORS虚拟技术4、CORS面临的挑战3、网络RTK技术应用3.1 2008奥运自行车赛道测绘3.2 北京新农村建设测绘 3.3 北京大气水汽监测 3.4 地质灾害监测中的应用 3.5 重大工程第3页1、网络RTK技术n网络RTK概念网络RTK 技术就是利用CORS各个参考站原始观测信息，以 CORS网络体系结构为基础，建立精确的差分信息解算模型，解算出高精 度的差分改正信息，然后通过无线网络将差分改正信息发送给用户。网 络RTK 技术集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络

2、管理技术和 GNSS定位技术于一体，是CORS网络服务系统和核心支持技术的解决方 案。第4页1、网络RTK技术n依靠网络将基准站数据联到计算机中心，联合若干基准站数据解算，消除电离层、对流层等影响，以提高RTK定位的精度和可靠性。主要 特点包括：1、CORS网络的范围从RTK的点到基准站覆盖的区域，即从早期的单站RTK覆 盖的范围到CORS网络整网覆盖的范围。2、资源共享基准站之间通过通讯网络实现数据共享，通过互联网实现 基准站和基准共享。3、定位精度网络RTK解算至少采用3个以上基准站的数据，并结合的用 户的位置和环境情况进行差分解算，极大提高了差分解算的精度。第5页1、网络RTK技术4、服

3、务范围单点常规RTK定位范围，以单基站为中心半径为10公里的 范围，且差分定位的精度随着距离的增加而加大；网络RTK测量时，在 网络覆盖的整网的范围内任何地点的RTK定位的精度都是一样的。5、可靠性单点常规RTK，用户接收单个基准站的差分改正信息，一 旦该基站出现意外，用户将不能得到该基站发出的差分改正信息，因此 ，可靠性极低，网络RTK差分解算采用多个基准站信息，某一个基准站 出现意外不影响网内用户的使用。因此，与常规RTK相比可靠性大大提 高。第6页1、网络RTK技术n网络RTK关键技术1、利用多个基准站的观测信息对电离层、对流层、观测误差的误差 模型进行优化；2、多个基准站的已知坐标和观

4、测数据快速确定某类整周模糊度的值 ，然后进一步确定误差模型的精细结构；3、利用上述误差模型和整周模糊度寻找确定流动站误差修正的算法 ；4、利用修正后的流动站观测值和基准站坐标固定流动站整周模糊度 ；5、快速、实时解算技术，结果和可靠性检验。第7页2、目前主流的网络RTK技术nVRS技术VRS（Virtual Referent System）技术，全称为虚拟参考站技术，是由Herbert Landau博士提出虚拟参考站系统理论，Trimble VRS 系统是一个集GNSS硬件、软件和网络通讯技术于一体的新型系统。第8页2、目前主流的网络RTK技术在VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任

5、何改正信息 ，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发 送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择 最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正 GPS的轨道误差，电离层，对 流层和大气折射引起的误差，第9页2、目前主流的网络RTK技术将高精度的差分信号发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基 站，从而解决了 RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。其实VRS技术就是利用各基准站的座标和实时观测数据解算该区域 实时误差模型,然后对用一定的数学模型和

6、流动站概略坐标,模拟出一个临近流动站 的虚拟参考站的观测数据,然后建立观测方程解算,虚拟参考站到流动站间这一超短基线 第10页2、目前主流的网络RTK技术虚拟参考站极有可能就是运用的概略坐标,这样的话,由于单点定位的精度虚拟参考站到流动站的距离一般为几米到几十米之间,如果将流动站发送给处理中心的观测值进行双差处理后建立虚拟参 考站的话,这一基线长度可能只有数米。第11页2、目前主流的网络RTK技术lVRS工作流程1、用户与中心处理软件建立连接2、回报流动站单点定位值3、中心给出综合后的差分改正数4、用户定位第12页2、目前主流的网络RTK技术lVRS工作流程VRSVRSNMEANMEARTCM

7、RTCM第13页2、目前主流的网络RTK技术lVRS算法的优势在于允许服务器应用整个网络的信息来计算电离层、对流 层的复杂模型，在于一旦完成了数据的完整性的检测，中央服务器就通 过双差观测计算电离层、对流层和星历误差，可以明显剔出常规RTK下 的系统误差。lVRS的劣势是他在支持流动站用户应用方面的局限性，特别是在大型 网络内进行拨号服务时段内。因为在VRS中，修正信息是在拨号时对初 始的流动站位置进行优化而得到的，如果流动站在拨号后位置已经移动 了，那么这种修正对流动站的新位置就不一定适合。虽然这种效果仅影 响长距离运动的流动站（几公里），但是通过采用附加信息，流动站也 能在这种情况下工作。

8、第14页2、目前主流的网络RTK技术nMAX/MAC技术主辅站技术（Master Auxiliary Concept，MAC）是由瑞士徕卡测量系统有限公司，基于主辅站概念提出的新一代参考站技术。 主辅站技术是基于最新多基准、多系统、多频和多信号非差分处理算法 。是从参考站网以高度压缩的形式，将所有相关的，代表整周模未知数 水平的观测数据如弥撒性的和非弥撒性的差分改正数，作为网络改正数 据播发给流动站。第15页2、 目前主流的网络RTK技术为了降低参考站网系统网络数据的播发量，主辅站方法是发送其中 一个参考站作为主参考站的全部改正数信息及坐标信息，对于网络中其它的站点即所谓的辅助参考站，播发的是

9、相对于主参 考站差分改正数和坐标差。主站与辅站之间的差分信息从数量上来说要少得多，而且能够以较 小数量的比特来表达这种信息，差分改正信息可以被流动站简单的用于内插用户所在点位的误差或 重建网络中所有参考站的完整的信息。第16页2、 目前主流的网络RTK技术因此，主辅站技术完全支持单向的数据通讯，而不会影响流动站的 定位性能。播发数据带宽可以进一步被减小。具体的方法就是通过分解改正数为两个部分：弥撒性的和非弥撒性 ，弥撒性的误差是直接相应于信号的频率，而非弥撒性误差则对所有 频率来说是相同的。第17页2、目前主流的网络RTK技术l主辅站技术（MAC）一个主参考站+若干辅站=一个网络单元第18页2

10、、目前主流的网络RTK技术nFKP技术 FKP技术GEO+公司Gerhard Wuebenna博士提出的全网整体解算模型，这是一种动态模型。它要求所有参考站将每一个瞬时采集的未差分处理的同步观测值实 时传回数据处理中心，通过数据处理中心实时处理产生一个称为FTK的空间误差改正参数 ，然后将这些参数通过扩展信息发送给服务区内所有流动站用户进行 空间位置解算。第19页2、目前主流的网络RTK技术系统传输的FKP能够比较理想的支持流动站的应用软件，但是流动站必须知道相关的数学模型，才能利用FKP参数生成相应 的改正数。为了获取瞬时解算结果，每个流动站需要借助一个被称为Adv盒的 外部装置内置解译软件

11、，配合流动站接收机进实现作业。由于采用FKP算法的用户需要附加破译设备，所以FKP算法保密性 特别好，但是使用比较复杂，对流动站用户要求比较高，因此，普及率很低，目前全世界只有及少数地区采用FKP技术进行差分解算。第20页2、目前主流的网络RTK技术n综合内插技术（CBI）综合内插技术是武汉大学提出的CORS系统建站技术， CBI技术特点卫星定位的多种系统误差在一定区域内具有较强的相关性 ，在此基础上，用一定的算法通过多个基准站的已知误差直接内插该区 域内任何一处流动站的综合误差，称之为网络RTK综合误差内插法，或 简称为综合误差内插法。目前该技术还处在评估阶段，未大规模推广使 用。第21页2

12、、目前主流的网络RTK技术n联合单参考站RTK技术联合单参考站差分解算技术是有限的网络RTK技术，其原理与普通RTK载波相位差分解算原理完全一样，但是联合单参考站 作业时，用户将概略坐标发送到数据处理中心，数据处理中心通过概略 坐标选用最近的参考站，并将最近参考站的差分数据发送给用户，即以 最近的参考站作为基准站进行载波相位测量。第22页2、目前主流的网络RTK技术n其原理如图第23页2、目前主流的网络RTK技术n几种网络RTK算法的比较（CBI还为普及使用，未进行 比较）第24页CORS基站的原 始观测数据，计 算任意历元GPS 卫星的三维位置 以及参考站网络 基线的轨道误差 、对流层延迟及

13、 电离层延迟；CORS 基准站虚拟 基站虚拟 观测数据计算虚拟基站和可 视卫星之间的距离 ，获取GPS模拟观 测值的真值；根据 虚拟基站的位置以 及参考站网络的空 间误差线形内插得 到空间相关误差；在距离真值上模拟 空间相关误差、模 拟观测噪声、粗差 及周跳等；根据观 测时间、采样率等 辅助信息把模拟得 到GPS观测值生成 RINEX格式输出3、CORS虚拟技术3.1技术方法第25页3、CORS虚拟技术第26页CORS 虚拟技术不需要联测已知点 拓宽了CORS的服务内容任意调整控制网网形；任意观测时间构网改变了GPS传统作业模式提供高精度解算成果3、CORS虚拟技术第27页3、CORS虚拟技术

14、3.2精度测试第28页3、CORS虚拟技术第29页3、CORS虚拟技术第30页3、CORS虚拟技术第31页3、CORS虚拟技术第32页3、CORS虚拟技术第33页3、CORS虚拟技术第34页类似两台GPS观测构建边连式控制网 3、CORS虚拟技术第35页类似单台GPS观测构建边连式控制网 3、CORS虚拟技术第36页3.2工程应用测试控制网测试3、CORS虚拟技术第37页点位误差在10毫米之内3、CORS虚拟技术第38页点位测试采样间隔为1S，5、10、15分钟的观测数据分别进行处理比对3、CORS虚拟技术第39页结论： 虚拟观测技术5分钟观测数据事后处理平面精度与10、15分钟精 度相当，高

15、程精度误差较大。 相对关系因没有直接观测值，边长精度尚可，角度误差较大。3、CORS虚拟技术第40页n11年太阳活动周期4 4、CORSCORS面临的挑战面临的挑战第41页n电离层建模是CORS网络解算的核心n太阳活动高峰期的到来，将为电离层的精确建模带来极大的困难n电离层建模的好坏，将直接影响CORS系统精度及可用性的关键针对这种挑战，我们必须不断改进电离层建模算法差的电离层模型好的电离层模型4 4、CORSCORS面临的挑战面临的挑战第42页n多星时代即将来临l已经成熟的卫星系统nGPS 现代化，新的信号现代化，新的信号L1CL1C，L5L5nGLONASS 现代化，新的信号现代化，新的信

16、号L3 CDMAL3 CDMAl正在部署中的卫星系统n欧盟GALILEOn中国北斗（Compass）n日本QZSS（准天顶星系统）nIRNSS（印度区域导航系统）4 4、CORSCORS面临的挑战面临的挑战第43页n目前CORS最成熟的应用是网络RTK/RTDn但在一些其它应用领域，却遇到了瓶颈l气象n许多研究证明，GPS反演水汽可以提高短期天气预报的准确性n但一直没有应用于日常业务l监测n大桥、大坝、滑坡、尾矿等的监测nCORS系统的参考站很适合做监测系统的基站n但却很少见到监测系统会使用现成CORS基站4 4、CORSCORS面临的挑战面临的挑战第44页5、网络RTK技术的应用第45页3、网络RTK技术的应用第46页2011年2月24日，SDCORS正式通过专家组验收并开通投入运营，为政府、行业及民用提供了实时、快速、高效、高精度的定位服务。截止到2012年7月底，在网运行参考站点127个，注册终端2000多台，平均每天在线终端300多个。3.1 基于SD