高精度定位技術(shù)RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位:Real-TimeKinematic)
隨著(zhù)衛星定位技術(shù)的快速發(fā)展,人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。而目前使用最為廣泛的高精度定位技術(shù)就是RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位:Real-TimeKinematic),RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀(guān)測量,并利用了參考站和移動(dòng)站之間觀(guān)測誤差的空間相關(guān)性,通過(guò)差分的方式除去移動(dòng)站觀(guān)測數據中的大部分誤差,從而實(shí)現高精度(分米甚至厘米級)的定位。
在RTK作業(yè)模式下,基準站通過(guò)數據鏈將其觀(guān)測值和測站坐標信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數據鏈接收來(lái)自基準站的數據,還要采集GPS觀(guān)測數據,并在系統內組成差分觀(guān)測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,同時(shí)給出厘米級定位結果,歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止狀態(tài),也可處于運動(dòng)狀態(tài);可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè),也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機,并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數解固定后,即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理,只要能保持四顆以上衛星相位觀(guān)測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級定位結果。
以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度,而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級定位精度的測量方法,它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法,這是一種新的常用的GPS測量方法,是GPS應用的重大里程碑,它的出現為工程放樣、地形測圖,各種控制測量帶來(lái)了新曙光,極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數據處理技術(shù)和數據傳輸技術(shù),RTK定位時(shí)要求基準站接收機實(shí)時(shí)地把觀(guān)測數據(偽距觀(guān)測值,相位觀(guān)測值)及已知數據傳輸給流動(dòng)站接收機,數據量比較大,隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,RTK技術(shù)已由傳統的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統WADGPS,有些城市建立起CORS系統,這就大大提高了RTK的測量范圍,當然在數據傳輸方面也有了長(cháng)足的進(jìn)展,電臺傳輸發(fā)展到現在的GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò )傳輸,大大提高了數據的傳輸效率和范圍。
RTK平面控制點(diǎn)按精度劃分等級為:一級控制點(diǎn)、二級控制點(diǎn)、三級控制點(diǎn)。RTK高程控制點(diǎn)按精度劃分等級為五等高程點(diǎn)。
一級、二級、三級平面控制點(diǎn)及等外高程控制點(diǎn),適用于布設外業(yè)數字測圖和攝影測量與遙感的控制基礎,可以作為圖根測量、像片控制測量、碎部點(diǎn)數據采集的起算依據。平面控制點(diǎn)可以逐級布設、越級布設或一次性全面布設,每個(gè)控制點(diǎn)宜保證一個(gè)以上的等級點(diǎn)與之通視。
RTK測量可采用單參考站RTK測量和網(wǎng)絡(luò )RTK測量?jì)煞N方法進(jìn)行。在通信條件困難時(shí),也可以采用處理動(dòng)態(tài)測量模式進(jìn)行。在建立CORS網(wǎng)的地區,宜優(yōu)先采用網(wǎng)絡(luò )RTK技術(shù)測量。
Ntrip (Networked Transport ofRTCM via Internet Protocol)(通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行RTCM網(wǎng)絡(luò )傳輸的協(xié)議)是在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行RTK數據傳輸的協(xié)議。所有的 RTK數據格式(NCT,RTCM,CMR,CMR+等等)都能被傳輸。
用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議NTRIP訪(fǎng)問(wèn)CORS(ContinuouslyOperating Reference Stations)即網(wǎng)絡(luò )基準站后,不用單獨架設GPS基準站,即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )收發(fā)GPS差分數據,實(shí)現GPS流動(dòng)站的差分定位。
如前所述,當前,利用多基站網(wǎng)絡(luò )RTK技術(shù)建立的連續運行衛星定位服務(wù)綜合系統CORS(ContinuousOperational Reference System)已成為城市GPS應用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。CORS示意圖隨著(zhù)GPS技術(shù)的飛速進(jìn)步和應用普及,它在城市測量中的作用已越來(lái)越重要。CORS系統是衛星定位技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結晶的產(chǎn)物。 CORS系統由基準站網(wǎng)、數據處理中心、數據傳輸系統、定位導航數據播發(fā)系統、用戶(hù)應用系統五個(gè)部分組成,各基準站與監控分析中心間通過(guò)數據傳輸系統連接成一體,形成專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。
基準站網(wǎng)由范圍內均勻分布的基準站組成。負責采集GPS衛星觀(guān)測數據并輸送至數據處理中心,同時(shí)提供系統完好性監測服務(wù)。
數據處理中心是系統的控制中心,用于接收各基準站數據,進(jìn)行數據處理,形成多基準站差分定位用戶(hù)數據,組成一定格式的數據文件,分發(fā)給用戶(hù)。數據處理中心是CORS的核心單元,也是高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位得以實(shí)現的關(guān)鍵所在。中心24小時(shí)連續不斷地根據各基準站所采集的實(shí)時(shí)觀(guān)測數據在區域內進(jìn)行整體建模解算,自動(dòng)生成一個(gè)對應于流動(dòng)站點(diǎn)位的虛擬參考站(包括基準站坐標和GPS觀(guān)測值信息)并通過(guò)現有的數據通信網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)數據播發(fā)網(wǎng),向各類(lèi)需要測量和導航的用戶(hù)以國際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息,以便實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的精確點(diǎn)位。
數據傳輸系統則是各基準站數據通過(guò)光纖專(zhuān)線(xiàn)傳輸至監控分析中心,該系統包括數據傳輸硬件設備及軟件控制模塊。
數據播發(fā)系統是由系統通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )、UHF電臺、Internet等形式向用戶(hù)播發(fā)定位導航數據。
用戶(hù)應用系統則包括用戶(hù)信息接收系統、網(wǎng)絡(luò )型RTK定位系統、事后和快速精密定位系統以及自主式導航系統和監控定位系統等。按照應用的精度不同,用戶(hù)服務(wù)子系統可以分為毫米級用戶(hù)系統,厘米級用戶(hù)系統,分米級用戶(hù)系統,米級用戶(hù)系統等;而按照用戶(hù)的應用不同,可以分為測繪與工程用戶(hù)(厘米、分米級),車(chē)輛導航與定位用戶(hù)(米級),高精度用戶(hù)(事后處理)、氣象用戶(hù)等幾類(lèi)。
CORS系統徹底改變了傳統RTK測量作業(yè)方式,其主要優(yōu)勢體現在:
1)改進(jìn)了初始化時(shí)間、擴大了有效工作的范圍;
2)采用連續基站,用戶(hù)隨時(shí)可以觀(guān)測,使用方便,提高了工作效率;
3)擁有完善的數據監控系統,可以有效地消除系統誤差和周跳,增強差分作業(yè)的可靠性;
4)用戶(hù)不需架設參考站,真正實(shí)現單機作業(yè),減少了費用;
5)使用固定可靠的數據鏈通訊方式,減少了噪聲干擾;
6)提供遠程INTERNET服務(wù),實(shí)現了數據的共享;
7)擴大了GPS在動(dòng)態(tài)領(lǐng)域的應用范圍,更有利于車(chē)輛、飛機和船舶的精密導航;
8)為建設數字化城市提供了新的契機。
CORS系統僅是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、連續的定位框架基準,同時(shí)也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的重要的城市基礎設施,CORS可在城市區域內向大量用戶(hù)同時(shí)提供高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)的定位信息,并實(shí)現城市測繪數據的完整統一,這將對現代城市基礎地理信息系統的采集與應用體系產(chǎn)生深遠的影響。它不僅可以建立和維持城市測繪的基準框架,更可以全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)提供高精度空間和時(shí)間信息,成為區域規劃、管理和決策的基礎。該系統還能提供差分定位信息,開(kāi)拓交通導航的新應用,并能提供高精度、高時(shí)空分辨率、全天候、近實(shí)時(shí)、連續的可降水汽量變化序列,并由此逐步形成地區災害性天氣監測預報系統。此外,CORS系統可用于通信系統和電力系統中高精度的時(shí)間同步,并能就地面沉降、地質(zhì)災害、地震等提供監測預報服務(wù)、研究探討災害時(shí)空演化過(guò)程。
連續運行參考站系統(CORS)可以定義為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續運行的GPS參考站,利用現代計算機、數據通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò ),實(shí)時(shí)地向不同類(lèi)型、不同需求、不同層次的用戶(hù)自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗的不同類(lèi)型的GPS觀(guān)測值(載波相位,偽距)、各種改正數、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項目的系統。與傳統的GPS作業(yè)相比連續運行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)。
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