网络RTK概述：GNSS测量技术深入解析

1. 网络RTK产生的原因

GNSS实时差分定位RTK技术是目前广泛使用的测量技术之一，但它的应用受到电离层延迟和对流层延迟的影响，使原始数据产生了系统误差并导致以下缺点:

①用户需要架设本地基准站。测量过程中，需要不断设置和更换基准站。在建立基准站时，由于操作和外界环境的原因含有潜在的粗差。对于精度要求较高的测量，这种粗差对最终结果的精度影响也不可忽视。而且经常需要搬动基准站将导致生产效率和设备安全性不高，同时基准站不能有稳定的供电源也是一个问题。

②覆盖区域有限，受流动站和基准站的距离限制，一般小于15公里。另外，差分技术的前提条件要求测两站的卫星信号传播路径相同或相似，这样才能保证两站的卫星钟差、轨道误差、电离层误差、对流层误差均为强相关，所以这些误差大部分可以消除，要到达1～2厘米级实时(单历元求解)定位的要求，用户站和基准站的距离需小于10km，当距离大于50km时，以上误差的相关性大大减少，以致差分之后残差很大，求解精度降低，一般只能达到分米级基线精度。

③精度不均匀，可靠性随距离增大而降低; 流动站与基准站间距离较近(即观测基线较短)，如基准站10km范围内，上述系统误差强相关假设成立，常规RTK利用几个甚至一个历元观测资料就可以获得厘米级定位精度。但是，随着流动站与基准站间距离增大，上述系统误差相关性减弱，双差观测值中的系统误差残差迅速增大，导致难以正确确定整周模糊度，无法取得固定解。同时定位精度迅速下降，当流动站与基准站间距大于50km时，常规RTK单历元解精度仅为分米级。在这种情况下，使用常规RTK技术将无法得到更高精度的定位结果。

④测量速度慢，主要由初始化时间决定，取决因素有接收机的解算技术、流动站接收到的卫星的数量和信号质量、差分数据的数据质量和RTK数据链传输质量。常规RTK系统的数据传输多采用UHF和VHF电台播发RTCM差分信号，由于电台信号的衍射性能差，而且都是站间直线传播，这要求测站间的天线必须“准光学通视”，所以在城市、丘陵、山区实施RTK作业很不方便，经常发生能收到卫星，但是收不到电台信号的问题。

为了解决常规RTK所存在的缺陷，达到区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK技术应运而生。网络RTK技术的出现，弥补了GNSS实时差分定位RTK技术的缺点，它代表了未来GNSS发展的方向，由此可带来巨大的社会效益和经济效益。

网络RTK技术就是利用地面布设的一个或多个基准站组成GNSS连续运行参考站(CORS)，综合利用各个基站的观测信息，通过建立精确的误差修正模型，通过实时发送RTCM差分改正数在修正用户的观测值精度，在更大范围内实现移动用户的高精度导航定位服务。网络RTK技术集Internet技术、无线通信技术、计算机网络管理技术和GNSS定位技术于一体，是基准站网络式GNSS多功能服务系统的核心支持技术和解决方案，其理论研究与系统开发均是GNSS技术在科研和应用领域最热门的前沿。网络RTK系统示意图如图5.24所示。

图5.24 网络RTK系统示意图

2. 网络RTK的优点

与常规RTK相比，网络RTK的优点如下:

①覆盖范围更广;

②成本更低;

③精度和可靠性更高;

④应用范围更广;

⑤改进了OTF初始化时间。

网络RTK提供GNSS基准站原始数据服务; 分米级实时定位可以满足城市和市政测图、资源管理、精细农业、环境监测、水利测量、车辆自动定位导航系统、GIS、资产和市政管理等; 厘米级高精度定位可以满足地籍测量、建筑放样和施工控制、港口和受限制水道的精密导航、线路道路测量、高精度资产管理、地形测量和工程测量、油气勘探等。(www.xing528.com)

3. 网络RTK采用的技术和方法

目前应用较广的CORS网技术有虚拟参考站(VRS)、FKP、主辅站技术、综合误差内插技术。其各自的数学模型和定位方法有一定的差异，但在基准站架设和改正模型的建立方面基本原理是相同的。

(1)虚拟参考站技术(VRS)

与常规RTK不同，虚拟参考站网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通信线发给控制中心。同时，移动站用户在工作前，先通过GPRS/CDMA的上网功能向控制中心发送一个概略坐标(GGA数据)，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GNSS的轨道误差，电离层、对流层和大气折射引起的误差，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。

其实虚拟参考站技术就是利用各基准站的坐标和实时观测数据解算该区域实时误差模型，然后用一定的数学模型和流动站概略坐标，模拟出一个临近流动站的虚拟参考站的观测数据，建立观测方程，解算虚拟参考站到流动站间这一超短基线。一般虚拟参考站位置就是流动站登录时上传的概略坐标，这样由于单点定位的精度，使得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，这一基线长度甚至只有几米。

对于临近的点，可以只设一个虚拟参考站。开一次机，用户和数据中心通信初使化一次，确定一个虚拟参考站。当移动站和虚拟参考站之间的距离超出一定范围时，数据中心重新确定虚拟参考站。

(2)FKP技术

FKP(区域改正数法)是指利用GNSS基准站观测数据(相位观测值和伪距观测值等)及基准站已知坐标等信息，计算得到基准网范围内与时间或空间相关的误差改正数模型，然后利用测量点的近似坐标内插出测量点的误差改正数，将它应用到观测值中，从而消除各种与时间和空间有关的误差，获得高精度的定位结果。

FKP和虚拟参考站技术最大的不同就是在定位方法上的不同，一个是利用虚拟观测值和流动站观测值做单基线解算，一个是利用改正后的观测值加入各基准站做多基线解。

(3)主辅站技术

主辅站技术是在徕卡公司在FKP的基础上产生的，数学模型上并没有什么大的区别，不过是在基准站播发基准点坐标信息和改正信息减少了一定的信息量，再有就是“主基准站”的选择以及加入数个条件较好的“辅基准站”做多基线解。参与解算的基站不像FKP那样用到全部的基准站信息，加入了双向通信可以较好的选择所在的基站群。

(4)综合误差内插技术

该技术由武汉大学GNSS中心于2002年提出并应用，通过卫星定位误差相关性计算参考站上的综合误差，并内插出用户站的综合误差，在电离层变化较大的时间段和区域，应用此项技术优势明显，该技术能实现双向和单项数据通信。

几种算法对比如表5.6所示。

表5.6 几种算法的对比