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高精度定位技術RTK(實時動態定位:Real-TimeKinematic)

瀏覽次數:0   更新時間:1/22/2019 10:13:00 AM   發布人:admin

  隨著衛星定位技術的快速發展,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就是RTK(實時動態定位:Real-TimeKinematic),RTK技術的關鍵在于使用了GPS的載波相位觀測量,并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關性,通過差分的方式除去移動站觀測數據中的大部分誤差,從而實現高精度(分米甚至厘米級)的定位。

  在RTK作業模式下,基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據,還要采集GPS觀測數據,并在系統內組成差分觀測值進行實時處理,同時給出厘米級定位結果,歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態,也可處于運動狀態;可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業,也可在動態條件下直接開機,并在動態環境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數解固定后,即可進行每個歷元的實時處理,只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動站可隨時給出厘米級定位結果。

  以前的靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度,而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法,它采用了載波相位動態實時差分方法,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,各種控制測量帶來了新曙光,極大地提高了外業作業效率。

  RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術,RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據(偽距觀測值,相位觀測值)及已知數據傳輸給流動站接收機,數據量比較大,隨著科學技術的不斷發展,RTK技術已由傳統的1+1或1+2發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足的進展,電臺傳輸發展到現在的GPRS和GSM網絡傳輸,大大提高了數據的傳輸效率和范圍。

  RTK平面控制點按精度劃分等級為:一級控制點、二級控制點、三級控制點。RTK高程控制點按精度劃分等級為五等高程點。

  一級、二級、三級平面控制點及等外高程控制點,適用于布設外業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、碎部點數據采集的起算依據。平面控制點可以逐級布設、越級布設或一次性全面布設,每個控制點宜保證一個以上的等級點與之通視。

  RTK測量可采用單參考站RTK測量和網絡RTK測量兩種方法進行。在通信條件困難時,也可以采用處理動態測量模式進行。在建立CORS網的地區,宜優先采用網絡RTK技術測量。

  Ntrip (Networked Transport ofRTCM via Internet Protocol)(通過互聯網進行RTCM網絡傳輸的協議)是在互聯網上進行RTK數據傳輸的協議。所有的 RTK數據格式(NCT,RTCM,CMR,CMR+等等)都能被傳輸。

  用戶使用網絡通訊協議NTRIP訪問CORS(ContinuouslyOperating Reference Stations)即網絡基準站后,不用單獨架設GPS基準站,即可通過網絡收發GPS差分數據,實現GPS流動站的差分定位。

  如前所述,當前,利用多基站網絡RTK技術建立的連續運行衛星定位服務綜合系統CORS(ContinuousOperational Reference System)已成為城市GPS應用的發展熱點之一。CORS示意圖隨著GPS技術的飛速進步和應用普及,它在城市測量中的作用已越來越重要。CORS系統是衛星定位技術、計算機網絡技術、數字通訊技術等高新科技多方位、深度結晶的產物。 CORS系統由基準站網、數據處理中心、數據傳輸系統、定位導航數據播發系統、用戶應用系統五個部分組成,各基準站與監控分析中心間通過數據傳輸系統連接成一體,形成專用網絡。

  基準站網由范圍內均勻分布的基準站組成。負責采集GPS衛星觀測數據并輸送至數據處理中心,同時提供系統完好性監測服務。

  數據處理中心是系統的控制中心,用于接收各基準站數據,進行數據處理,形成多基準站差分定位用戶數據,組成一定格式的數據文件,分發給用戶。數據處理中心是CORS的核心單元,也是高精度實時動態定位得以實現的關鍵所在。中心24小時連續不斷地根據各基準站所采集的實時觀測數據在區域內進行整體建模解算,自動生成一個對應于流動站點位的虛擬參考站(包括基準站坐標和GPS觀測值信息)并通過現有的數據通信網絡和無線數據播發網,向各類需要測量和導航的用戶以國際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息,以便實時解算出流動站的精確點位。

  數據傳輸系統則是各基準站數據通過光纖專線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。

  數據播發系統是由系統通過移動網絡、UHF電臺、Internet等形式向用戶播發定位導航數據。

  用戶應用系統則包括用戶信息接收系統、網絡型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,用戶服務子系統可以分為毫米級用戶系統,厘米級用戶系統,分米級用戶系統,米級用戶系統等;而按照用戶的應用不同,可以分為測繪與工程用戶(厘米、分米級),車輛導航與定位用戶(米級),高精度用戶(事后處理)、氣象用戶等幾類。

  CORS系統徹底改變了傳統RTK測量作業方式,其主要優勢體現在:

  1)改進了初始化時間、擴大了有效工作的范圍;

  2)采用連續基站,用戶隨時可以觀測,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,增強差分作業的可靠性;

  4)用戶不需架設參考站,真正實現單機作業,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,實現了數據的共享;

  7)擴大了GPS在動態領域的應用范圍,更有利于車輛、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系統僅是一個動態的、連續的定位框架基準,同時也是快速、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同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息,并實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、全天候、實時提供高精度空間和時間信息,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,開拓交通導航的新應用,并能提供高精度、高時空分辨率、全天候、近實時、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間同步,并能就地面沉降、地質災害、地震等提供監測預報服務、研究探討災害時空演化過程。

  連續運行參考站系統(CORS)可以定義為一個或若干個固定的、連續運行的GPS參考站,利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN/WAN)技術組成的網絡,實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位,偽距)、各種改正數、狀態信息以及其他有關GPS服務項目的系統。與傳統的GPS作業相比連續運行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機作業等眾多優點。

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