网络GPS-RTK的应用探讨

摘　要：本文主要阐述了网络GPS-RTK的基本原理、特点，重点对网络GPS-RTK在工程测量使用作业中出现的有关初始化、伪值问题进行了分析，通过实践提出解决办法。

关键词：网络 GPS-RTK技术 ；初始化； 伪值； 解决办法
1. 引言
　　RTK(Real Time Kinematic)技术，又称实时动态载波相位差分技术，是GPS测量技术与数据传输相结合而构成的实时定位技术。应用于用户的设备主要由两部分组成：即基准站和流动站。基准站通过数据电台连续把观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据进行实时差分处理，获取所在点的坐标、高程和精度指标。常规RTK定位技术虽然可以满足很多工程应用的要求，但是由于受到数据传输等问题的影响，一般最远只能在10km半径内作业。
　　CORS（Continuous Operational Reference System)系统，俗称网络RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。该系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。其中的用户应用系统就是通过移动GSM的GPRS（或其他无线网络)网络，把参考站数据发送到一特定IP，移动站通过网络连接到该指定IP上下载参考站数据，并与采集到的GPS观测数据进行实时差分处理。与常规RTK相比，不仅基准数据由多点的基准网提供，而且在数据传输方面和数据后处理方式有了较大的改变。
　　网络RTK技术与常规RTK技术相比，扩大了覆盖范围、降低了作业成本，提高了定位精度，也减少了用户应用时的初始化时间。现已广泛应用于海上精密定位、工程放样、地形测图、地籍测量等领域。
　　笔者单位自2008年底使用该项技术完成了大量的测绘工作。但在应用该项技术的过程中，也遇到了一些未曾预料到的困难和问题。本文对这些在生产过程中出现的难点问题进行分析，并提出解决办法与读者共飨。
　　2. 初始化问题
　　RTK测量模式，一般需流动站在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。之后，运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。现在的双频接收机都具有OTF（On The Fly)初始化模式，在运动中就能完成初始化，速度快、可靠性高。但在进行网络RTK测量时发现，有时也会发生初始化困难的问题。
　　笔者体会，流动站无法完成初始化，可能在以下环节中出现问题：
　　(1)基准站、流动站间有障碍物遮挡，或有特殊的干扰源存在；
　　(2)收到的卫星数量太少、或质量太低；
　　(3)流动站和参考站在数据差分格式设置（或其他设置)上存在非统一性；
　　(4)流动站无法到指定的IP上下载参考站数据；
　　(5)基准站的电源电压过低；
　　(6)接收机与手簿和天线之间连接异常。
　　排查上述问题的过程中，除了4)中提到的IP存在问题，需要和仪器经销商或运营商沟通更换新的IP外，只要细心去做都可以自行解决。
　　但有一种情况值得一提，即：在排除了以上提到的各种问题后仍无法完成初始化，这时就要考虑是否是卫星信号的质量问题，有时在某一时间的某一区域，初始化就很难完成。例如，在大凌河整治工程中，参考站、流动站处在开阔地带，接收到了8颗卫星（卫星截止高度角13°，PDOP≤6)，基准站、流动站网络信号良好，流动站距基准站仅有5km左右，此时初始化却无法完成。经反复检查发现：流动站和基准站上接收到的卫星虽然都是8颗，但个别卫星L1和L2波段上的信号却有所不同。在基准站上，15号和21号卫星只有L1波段，L2波段上却无信号，而在流动站上，这两颗卫星的L1和L2波段信号良好。在排除了没有其他原因之后，确认无法初始化由此造成。原因找到了，解决办法也随之产生了，即：在流动站上禁用15号和21号卫星信号。尽管流动站仍然接收基准站的这两颗卫星的信号，但它们已经不再参与解算，初始化工作顺利完成。
　　实践表明，在距离较远的许多情况下，基准站和流动站接收到卫星的L1和L2波段的信号会有所不同，如果无法完成初始化，使用禁用卫星的办法一般都可以使问题得到解决。
　　3. 伪值现象
　　在使用网络GPS-RTK技术测量时，要求数据解的类型为固定解，而不是浮动解或单点解，这时平面、高程精度可以达到厘米级。尽管很多接收机的初始化可靠性达到99.9％或更高，但由于收到的卫星信号质量、接收时间、后处理软件、环境因素等各方面影响，有时虽然也是在固定解的情况下进行测量，其结果经检核发现，同一个点的平面位置竟相差0.4m，高程更是相差3.6m，显然，出现了伪值现象。
　　例如，笔者在完成某项工程的断面测量过程中，使用某品牌GPS接收机进行网络RTK测量，次日进行重复点检核时发现了以上问题。当时，基准站架设在相同的基点上，且启动过程没有错误存在；当时被检核点周围也无明显障碍物或干扰源等多路径影响。为查明原因，以控制网中距离该点最近的两个网点为起算点，以被检核点为未知点，用三台仪器做了一个时段的静态测量，经数据处理对比分析后得知，第一天的RTK数据是错误的。进一步检查外业观测卫星，发现有误的这个点是在流动站初始化丢失后又重新初始化成功后测得的。
　　伪值的出现直接影响到工程测量成果，甚至为日后的设计、施工、应用带来巨大的危害。虽然存在的几率不大，但危害是严重的。因此必须引起我们的重视。为有效防止其出现，笔者提出以下措施：
　　(1)每天开始测量前，复测两个以上已知点（可以是控制点或已测定的点等)；
　　(2)初始化丢失后，应关闭流动站接收机电源后重新开启接收机进行初始化，并重新进行已知点复测；
　　(3)作业过程中要密切注意高程值的变化，看是否与实际相符，有无异常高程值，因为出现伪值时，高程的变化较明显；
　　(4)内业处理时，注意高程变化异常的点，若有迹象，则应当进行复测。
　　4.  结语
　　网络GPS-RTK测量技术的应用，打破了常规RTK距离的限制，使得测量外业生产的效率和测绘成果的质量有了本质的飞跃，但在使用过程中也会出现意想不到的“故障”。冷静地分析这些“故障”可能出现原因，尝试采用可能奏效的手段并加以验证，就能够使这些问题得到解决，做到有问题及时发现，及时解决，杜绝粗差的存在，从而更有利于提高测绘成果的精度、和可靠性，使测绘事业更上一层楼。
参考文献：
[1] 徐绍铨．GPS测量原理及应用[M]．武汉：武汉测绘科技大学出版社，1998．
[2] 中华人民共和国建设部．工程测量规范[M]．北京：中国计划出版社，2008
[3] 梁杏球．浅谈网络RTK技术在公路测量中的应用[J]．南方冶金，2010，（174)，59-61．