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1、第04章 网络RTK技术和后差分解算技术导言4.1 网络RTK概述 网络RTK是CORS系统产生的原因和最主要的应用之一。目前，我国大多数CORS均由测绘部门或国土部门承建，其主要目的就是进行网络RTK作业，用于测量和测绘工作。网络RTK从最早的单站载波相位差分发展到今天采用多站进行差分解算，但是各地的CORS不是采用统一的解算方式，目前世界上有多种网络RTK解算技术，其解算的理论基础和方法都不相同，主流的网络RTK差分解算方法包括五种。下面分别介绍五种网络RTK差分解算方法。 4.1.1网络RTK概念 依靠网络将参考站连接到计算中心，联合若干参考站数据解算或消除电离层、对流层等影响，以提高R
2、TK定位可靠性和精度的方法.特点 从RTK的点到参考站覆盖的区域（面） 资源共享：参考站共享，数据共享 用户界面：统一，可控 4.1.2基本原理 1.目标：减少或消除误差的影响 电离层延迟：建立区域电离层模型或通过误差内插进行消除。 对流层延迟：模型消除或误差内插消除。 卫星轨道和钟差：可利用精密星历消除。 2.常规RTK与网络RTK的比较 精度比较 可靠性和可用性的比较 4.1.3网络RTK的关键技术 1.利用多个参考站观测数据对电离层、对流层、观测误差的误差模型进行优化。 2.多个参考站已知坐标和观测数据快速确定某类整周模糊度值，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
3、周模糊度寻找确定流动站的误差修正的算法。4.利用修正后的流动站观测值和参考站坐标固定流动站整周模糊度。 5.快速、实时性解算技术，结果精度和可靠性的检验。 4.2 主流网络RTK技术4.2.1 VRS技术VRS(Virtual Reference Stations)技术，全称虚拟参考站技术，是由Herbert Landau（兰道）博士提出的基于VRS（Virtual Reference System）理论的虚拟参考站系统，并由Spectra/Terrasat公司推向市场的模型。Trimble VRS系统是一个集GPS硬件、软件和网络通讯技术于一体新型系统。虚拟参考站技术是利用布设在地面上的多个
4、参考站组成GPS连续运行参考站网络（CORS），综合利用各参考站的卫星观测数据，通过软件处理建立精确的误差模型来修正相关误差。移动用户在工作前，先通过GPRS或CDMA等通讯手段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参考站，根据这些参考站发来的信息，服务端收到流动站请求后在其附近产生一个物理上并不存在的虚拟参考站（VRS）。虚拟参考站通过流动站用户接收机的单点定位解来确定，所以与流动站组成的基线一般只有十几米。流动站接收VRS平台发布的RTCM差分改正数后，就能得到厘米级精度的坐标解。1VRS算法特点l VRS修正区分误差和观测值修
5、正，分别估计电离层、对流层模型，可能与不同类型仪器流动站所使用的模型相冲突；l 对于连续RTK，流动站不知道真实参考站的坐标，只知道“移动的”虚拟参考站的坐标。l 一般情况下，流动站需要通过NMEA格式把它的点位信息发送给中央控制站，如果需要借助于GSM 等类型的双向数据通讯装置，流动站个数受限制l 误差估计基于基线解l 采用距离最近的三个参考站采集的同步观测值进行差分处理，每个三角形产生一组区域改正参数l 模型建立在单站的基础上，结合所在三角形的信息在流动站点位上生成一个“虚拟参考站”l VRS数据能够通过正常的RTCM信息发送给流动站2VRS工作原理和流程（1）各个参考站通过Interne
6、t连续不断地向数据控制中心传输GPS卫星观测数据；（2）控制中心实时在线解算网内各基线的载波相位整周模糊度值和建立误差模型；（3）流动站将单点定位/或DGPS 确定的位置坐标（NMEA 格式），通过无线移动数据链路（如GSM/GPRS、CDMA）传送给数据控制中心，控制中心在流动站附近位置创建一个虚拟参考站，通过内插得到虚拟参考站各误差源影响的改正值，并以RTCM格式通过NTRIP协议发给流动站用户；（4）流动站与虚拟参考站构成短基线。流动站接收控制中心发送的虚拟参考站差分改正信息或者虚拟观测值，进行差分解算得到用户厘米级的定位成果。VRS技术是目前全球普及范围最广的网络RTK差分解算技术。其
7、工作基本原理见图3.1所示。图4.1 VRS工作原理图VRS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和对流层的复杂模型，在于一旦完成了数据的完整性检测，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。这样该区域内的误差模型化，可以明显地剔除常规RTK下的系统误差。VRS一个有争议的劣势是它在支持流动站进行动态应用方面有局限性，特别是在大型网络内在运动中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，则这种修正对流动站的新位置不一定合适。虽然这种效果仅影响长距离运动的流动站 (几公里)，但通过采用附
8、加的信息，流动站也能在这种情况下工作。目前采用VRS解算方法的软件有Trimble公司的GPSNet和Topcon公司的TopNet。4.2.2 MAX/MAC技术副站技术(MAX)是由瑞士徕卡测量系统有限公司基于主副站概念推出的新一代参考站技术。主副站技术是基于最新多基站、多系统、多频（L1,L2,L5）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，代表整周未知数水平的观测数据，如弥散性的和非弥散性的差分改正数，作为网络的改正数据播发给流动站；它本质上是区域改正数（FKP）的一种优化，选择距流动站最近的一个有效参考站作为主站，一定半径范围内至少二个其他有效的参考站作为副
9、站，主站和副站自动组成一个单元进行网解，发送主站差分改正数和副站与主站改正数的差值给流动站，对流动站进行加权改正，最后得到精确坐标。主副站技术的基本概念就是从参考站网以高度压缩的形式，将所有相关的，代表整周未知数水平的观测数据，如弥散性的和非弥散性的差分改正数，作为网络的改正数据播发给流动站。它是RTCM 3.0 版网络RTK 信息的基础。为了降低参考站网系统网络中数据的播发量，主副站方法发送其中一个参考站作为主参考站的全部改正数及坐标信息，对于网络(子网络)中所有其它台站，即所谓辅参考站，播发的是相对于主参考站的差分改正数及坐标差。主站与每一个辅站之间的差分信息从数量上来说要少得多，而且，能
10、够以较少数量的比特来表达这些信息。差分改正信息可以被流动站简单地用于内插用户所在点位的误差，或重建网络(或子网络)中所有参考站的完整改正数信息。因此，主副站概念完全支持单向的数据通信，而且不会影响流动站的定位性能。播发数据所需的带宽可以进一步被减少，具体方法就是通过分解改正数为两个部分：弥散性的和非弥散性的。弥散性的误差是直接相应于信号的频率，而非弥散性的误差则对所有的频率来说都是相同的。主辅站的原理见图3.2所示。主副站技术是全球CORS采用第二多的网络RTK解算方式，主要的主副站解算技术的软件包括Leica公司的SpiderNet和Topcon公司的TopNet。图4.2 主辅站技术原理图
11、4.2.3 FKP技术FKP技术是由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经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FKP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的所有流动站进行空间位置解算。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，配合流动站接收机实现作业。由于采用FKP算法的用户需要附
12、加解译设备，所以FKP解算的保密性非常好，但是使用比较复杂，对用户流动站要求高，因此普及率很低，目前全世界只有极少数地区采用FKP技术进行差分解算。4.2.4 综合内插技术（CBI）综合内插技术是武汉大学提出的CORS系统建设技术，CBI技术的特点是利用卫星定位误差的相关性计算各基准站上的综合误差，并发送到用户，用户根据此误差和自己位置内插出用户的综合误差，系统中心与用户只需要单向通信，同时用户需要增加解码设备。这种解算方法简单可靠，性能稳定，单向通信可以实现解算，可以采用电波发送的方式，但是需要用户端有解算设备。目前这种技术还处于评估阶段，未大规模推广。4.2.5 联合单站RTK技术联合单参
13、考站差分解算原理与普通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，用户将概率坐标发送到数据中心，数据中心通过概率选用最近的参考站，并将最近参考站的差分数据发送给用户，即以最近的参考站为基准站进行载波相位差分测量。采用该方法进行RTK测量，由于没有受到诸如电波受距离、地形和环境等因素的影响，故实现了较长距离的RTK。但由于只采用一个参考站进行差分解算，单参考站的解算精度和系统可靠性不及多参考站联合解算的网络RTK，但是单参考站CORS也有其自身的优势，如建设费用、管理成本较低，建站要求不高，可以随时升级扩展、施工周期短等。随着CORS技术的越来越成熟，联合采用单参考站进行解算的方
14、式越来越少，一般只在县一级或者某个小区域范围内采用。4.3 几种网络RTK技术之算法比较 根据几种网络RTK算法的技术特点，我们对几种算法作一个比较，见表3.1所示：表4.1 网络RTK算法技术对比表VRSMAC/MAXFKP联合单参考站解算精度高高高一般解算稳定性高高非常高一般可靠性高高非常高一般兼容性高高低很高最少基站数3331保密性高一般很高低建设经费高高一般较低普及率高一般低很高注：综合内插技术（CBI）还未普及使用，因此这里不做对比。4.4 网络RTD4.4.1 RTD基本特点网络RTD（Real Time DGPS ），即实时差分GPS，是CORS系统提供的除网络RTK外的另一项主
15、要功能，网络RTD于网络RTK有较大区别，主要体现在以下几个方面：(1)定位精度为亚米级精度；(2)流动站设备小，不需要双频GPS接收天线,一般采用手持GPS接收机可以实现，但是网络RTK设备也有RTD功能；(3)定位速度快，基本不需要等待，可以进行连续动态测量。由此可见，网络RTD与网络RTK作用和侧重点不同，RTD一般情况下不用于精密测量工作，主要用于地理信息调查、更新工作以及与地理方位相关但是精度要求不高的工作，如环境调查、海岸线与海洋测量、地质勘察等。采用RTD的工作手簿最大的优点是可以实现内外业一体化。4.4.2 RTD 定位原理目前采用的RTD解算在一般情况下都是指实时伪距相位差分。实时伪距相位差分根据解算参考站数量和覆盖地区大小可以分为单站RTD、多站局部区域RTD和广域RTD。我国尚未建成全国性的CORS，因此目前国内CORS提供的RTD服务都是前两种。系统一般可以根据RTD流动站与参考站距离和网络组网情况选择解算方式。下面分别介绍单站和多站的RT
