RTK定位系统论文

RTK定位系统论文（共4篇）

RTK定位系统论文 篇1

经济的发展带动了社会的进步, 人们的要求也随之提升, 针对这种情况, 传统的GPS定位技术也需要得以进一步提升, 以便满足社会发展需要。自从GPS网络RTK定位被研制出来以后, 其覆盖面逐渐增大, 定位也将更加准确, 具有较强可靠性, 受到人们青睐, 其未来发展也呈现良好态势, 这样也就使其成为GPS界研究重点。因此, 有必要研究GPS网络RTK定位原理及其数学模型。

1 GPS网络RTK定位原理概述

传统RTK的建立需要将流动站和基准站误差强相关作为基础, 同时要求流动站应与基准站保持10~15km左右的距离, 并在其中加入一个或多个历元观察资料, 这样就可以将定位结果精确到厘米。但如果流动站与基准站的间距增加, 就会导致两者之间的误差相关性变得逐渐复杂。为确保将定位结果精确到厘米。通常可以采用两种方式, 一种是减少用户站和基准站之间的差距或适当增加一定数量的基准站;另一种是将特殊方法与措施应用其中, 也就是网络RTK技术[1]。

网络RTK一般指在一定区域内可以适当的增加基准站, 数量至少为三个, 这样就能形成基准站网, 将其中的一个或几个作为基准, 用于计算与发播最新信息, 主要是为了实时更正卫星定位用户信息。这样新型技术具有超大覆盖面、在定位上精准度极高, 同时要具有较强可靠性[2]。典型代表有香港与深圳的连续运行卫星定位系统。

2 内插法数学模型

在内插法数学模型研究中, 首先应做好高精度静态数据信息采集工作, 通过平差处理获得精准坐标, 并按照网络RTK所提出的相关要求, 确定部分控制点作为主要基准站点, 其余的点作为流动站点。同时将其中一个控制点作为主要参考基准点, 在GPS观测数据与控制点的作用下就可以计算出各个已知基线双差误差的更改数。网络RTK内插法数学模型所采用的是事后数据处理办法, 在内插计算中可以将流动站相对参考基准站双差改正计算出来, 并将其与基线已知双差误差改正数加以比较。然后还要运用内插双差改正数完成更改双差相位观测值的工作, 再根据线性化双差观测方程确定误差方程[3]。此外, 还要获得流动站最初坐标改正数, 即利用内插法获得坐标和精准坐标之间的所存在的差值。如果发现坐标改正数相对较小, 说明其精度相对较好, 也在证明网络RTK内插法较为有效, 可以极大的满足实际工程需要。

3 GPS网络RTK线性组合法的数学模型

要构建网络RTK线性组合法数学模型, 首先, 各个基准站需要将历元所获观测资料通过通信链及时传递给数据处理中心, 并利用流动站的中的伪时距观测值结合卫星星历实现单点定位。这样就可以获得概略坐标, 同时也可以将其转换为高斯平面坐标, 然后将这些信息一同传送到数据处理中心中完成分析工作。其次, 当数据处理中心在接到这些信息以后, 就会根据流动站中的近似坐标加以判断, 确定流动站在哪个三角形中最为合适。再者, 数据处理中心也会从基准站所提供的相关资料出发解算基线向量, 并根据实际情况确定计算常数项。最后, 数据处理中心也将根据流动站与基准站中的载波相位了解观测值, 这样也可以获得常数项, 构成双差观测方程式, 进而实现解算工作, 同时, 也需要根据数据通信链将获得的流动站坐标传输给动态用户。

4 网络RTK模糊度解算数学模型

4.1 OTF模糊度解算的主要原理

要实现高精度GPS动态定位目标就要注重将相位观测量的应用。对于GPS的信号结构来说具有一定限制性, 但在相位观测量中经常会含有未知初始相位调整周数, 这就是常说的相位模糊度。因此, 一定要确定相位观测值, 不仅能够将其转化成站星间距离, 这样也就可以获得高精度定位, 以便减少模糊度的存在。从理论角度讲, 模糊度只是整数的一种, 但在观测期间就要将站钟与星钟中的相关数据联系在一起, 这样就使偏差增多, 难以从诸多误差中分离出来, 因此, 在解算模糊度阶段主要目的是消除全部非整数偏差, 以便增强整数模糊度特性。一般来讲, 解算模糊度的方法有很多, 但有些方法只能用于静态定位以及快速静态定位, 而对于OTF解算方法来说则由很多种, 分别为双频法、卡尔曼滤波法等多种方法[4]。

4.2 网络RTK流动站单历元整周模糊度搜索法

为进一步提升模糊度的可靠性, 一定要将观测历元应用其中。对于内插法与线性组合法数学模型来说, 能够很好的将轨道误差与电离层延迟误差消除, 这样也就大大降低了流层延迟误差, 因此, 需要有一种既简单又方便的方法来确定流动站整周模糊度, 这就是网络RTK流动站单历元整周模糊度搜索法。它主要是借助模糊度在整数与双频模糊度之间进行线性关系转换, 并完成搜索工作, 但它也需要一定的前提, 即与频率误差相关联, 这样就可以是电离层在延迟中逐渐将误差消除, 进而减少误差的存在。这种方法的整周模糊度备选值个数相对较少, 同时其中的双差卫星整周模糊度也可以实现单独搜索的目标。究其原因主要是由于单历元模糊度实现了搜索, 这样就不会受到周跳的影响。此外, 这种方式还能在差分改正以后将双差观测值确定好, 并确定最大残差, 这样就可以在坐标初值精度不是特别高的情况下实现正常解算。因此, 要利用网络RTK差分信号对流动站中的双差伪距与观测值加以改正, 选择最优模糊度备选值, 最后确定好模糊度, 如利用伪距初值法, 在坐标初值达到相应精度时, 就要将直接取整法应用其中, 或通过其他模糊度方法加以判定。

5 结论

之所以能够产生GPS网络RTK技术, 还要归功于常规RTK技术的发展, 有了常规RTK技术才促进了高精度GPS网络RTK技术的诞生, 这一定位技术将多个基准站整合在一起构成了基准站网, 并将局域差分技术应用其中, 进而成为了一种高精度定位技术。这种技术具有常规RTK不具有的优点, 其覆盖面十分广阔, 在定位上精准度也很高, 具有超强可靠性, 随着经济的发展其应用范围也在逐渐扩大, 因此, 本文从多角度对其数学模型展开研究, 希望能为相关人士带来指引。

摘要：随着经济的发展GPS定位技术被广泛应用, 为了满足人们对GPS所提出的高精度要求, GPS网络RTK定位也逐渐发展起来, 它将多个基准站联系在一起建成基准站网, 并在各种方法的作用下削弱GPS测量误差所造成的不良影响, 这样也就可以实现增加流动站, 延长距离提升定位精度的目标。为进一步研究GPS定位技术未来发展前景, 本文从GPS网络RTK定位原理基本情况入手, 研究内插法数学模型、网络RTK线性组合法的数学模型以及网络RTK模糊度解算数学模型。

关键词：GPS,网络RTK定位原理,数学模型

参考文献

[1]姚晓燕.巡线机器人GPS网络RTK定位系统在线路巡检中的应用研究[D].兰州理工大学, 2010.

[2]郑艳丽.GPS非差精密单点定位模糊度固定理论与方法研究[D].武汉大学, 2013.

[3]刘文娟.GPS在地籍测量中应用的研究[D].燕山大学, 2014.

[4]生仁军, 高成发, 朱超.网络RTK与PPP定位模型研究及试验分析[J].测绘通报, 2010, 05:1-5.

RTK定位系统论文 篇2

GPS RTK 定位技术在地籍测量中的应用及分析

基于全国第二次土地调查,介绍了基于全球定位系统(GPS)的实时动态(RTK)定位技术,提出了运用RTK定位技术在地籍测量中应用的新方法,利用实例证明了其可靠性.

作 者：牛志国 余正昊  作者单位：牛志国(大连市征地事务服务处,辽宁,大连,116011)

余正昊(山东交通学院土木工程系,山东,济南,250002)

刊 名：黑龙江科技信息 英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(15) 分类号：P2 关键词：RTK定位技术   地籍测量  

网络RTK系统的原理及应用 篇3

关键词 CORS，GPS，网络RTK

1 CORS系统和网络RTK系统

1.1 CORS概念

CORS（Continuous Operation Reference Stations ）即连续运行参考站系统，是一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位，伪距）、各种改正数、状态信息、以及其他有关GPS服务项目的系统。

1.2 网络RTK

在CORS基础上发展起来的网络RTK技术，其实质是利用分布在一定区域内的多台基准站的坐标和实时观测数据对覆盖区域进行系统综合误差建模，尽可能消除区域内流动站观测数据的系统综合误差，获得高精度的实时定位结果。

网络RTK系统组成，如下图：

其中基准站是核心，包括GNSS设备、计算机、气象设备、通信设备、电源设备及观测场地等，具备长期连续跟踪观测和记录卫星信号的能力，并通过数据通信网络定时或实时将观测数据传输到数据中心。

1.3 算法及比较

网络RTK的主要技术算法有：VRS（虚拟参考站技术）、FKP技术（GPS 区域改正数法）、MAC技术（主辅站技术Master—Auxiliary Concept ）等。各自的数学模型和定位方法有一定的差异，现对VRS和MAC作如下比较：

2 网络RTK的优势

2.1 常规RTK的缺陷

1）单一参考站的作业距离有限，有效通讯工作距离受发射功率和天线高度的限制。点位安全性不够，尤其是做的一些临时参考站点容易遭到破坏；

2）作业前需在整个测区选择高精度的控制点进行检核校对；

3）精度随流动站至参考站距离的增长而降低；

4）建立参考站时本身含有潜在的粗差；

5）没有数据完整性的监控；

6）生产效率低，受电源供给限制（蓄电池使用时间有限）。

2.2 网络RTK的优势

与传统的RTK作业相比，网络RTK具有作用范围广、精度高、单机作业等如下众多优点：

1）能兼顾不同层次的用户对定位精度指标要求，提供覆盖米级、分米级、厘米级的数据；

2）提供稳定、统一的参考坐标系给所有用户共享，规范基础测绘数据；

3）CORS系统连续运行，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；

4）拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性。传统的RTK技术中，无法对移动站进行实时监控。而在CORS系统中，服务器可实时监控移动站状态，并可保存移动站实时返回的信息，保证了RTK数据的完整性；

5）使用CORS系统后，外出作业只需携带移动站设备即可，使得外出作业从繁重的设备中解脱出来，用户不需再架设参考站，真正单机作业，减少了费用；

6）使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；

7）传统的RTK技术中，采用数传电台做为差分信号的载体，受无线电技术的束缚，作业的距离有限，而CORS系统则摆脱了无线电技术的束缚，采用因特网、GPRS和CDMA做为差分信号传输的载体，借用成熟的网络和移动通讯技术，使差分信号的传输再也无距离的限制，充分发挥出RTK技术的效能；

8）降低了系统误差，改善了初始化速度。在CORS系统中，有效地避免了架站粗差的产生，成熟的移动通讯技术也保证了差分信号的质量，保障了移动站的初始化速度。

3 误差来源

3.1 一般误差

以下误差常规GPS测量与网络RTK都具有。

1）与卫星有关的误差。主要包括：卫星钟差和卫星轨道偏差；

2）与信号传播有关的误差。主要包括：电离层折射的影响、对流层折射的影响及多路径效应的影响；

3）与接收设备有关的误差。主要包括：接收机钟差、载波相位观测的整周未知数以及天线的相位中心位置偏差；

4）转换参数的影响。由于GPS测量采用WGS84坐标系统，而我们工程应用中一般使用高斯平面坐标系，所以测量时必须先求转换参数，以便将WGS84坐标转换到平面坐标系统。转换参数的求解精度也是影响观测结果精度的一个因素。

3.2 网络RTK特有误差

相比常规RTK，由于网络RTK受网络系统的影响，还有其他一些误差：

1）因受网络的影响，如果某个基准站离线，对部分流动站作业将有一定影响；

2）在误差模型方面，如果电离层和对流层异常活跃，采用的模型将可能不稳定、不正确，实时获得的流动站点位成果可靠性无法保证；

3）连续作业时，为保证实时性及效率，如未重新生成虚拟站位置及数据，在一定范围内（如5km）仍采用初始已得固定点位的差分信息，差分信息对流动站的实际位置将不一定合适；

4）其它影响网络RTK精度的因素： CORS本身的精度，测站本身观测条件（干扰、遮挡等）影响，通讯条件限制，观测时间的选择不当，仪器设备本身固有的误差，作业方法的选择等。

4 提高精度的几点建议

本人根据实践工作经验提出以下几点供参考：

1）观测时保证有效卫星数≥5（高度角 15度）， HDOP≤6.0。截止高度角低于15度时，卫星数增加，信噪比变差，求解模糊值的时间延长。而卫星数增加太多对RTK定位的精度没有显著提高，只是定位的可靠性有一定提高；

2）通讯链路的选择要恰当，根据具体区域选择移动或联通等通讯方式；

3）选择恰当的作业时间：中午12点以前，因为中午12点以后电离层活跃加剧，观测效果不佳；

4）在使用对中杆野外作业时，采用木棒（或竹竿）等辅助工具支撑，以便在观测时起稳定作用，从而提高观测数据的精度，减少人为误差。

5 发展趋势

随着计算机及其相关技术的不断发展，面向区域服务、行业服务、专项任务服务的网络正蓬勃发展，CORS除了提供高精度位置服务外，还提供各种综合服务，不断扩大其服务方式和服务范围，具有跨行业特性，可面向不同类型的用户，不再局限于测绘领域及设站的单位与部门，并逐渐演变成为Continuously Operating Reference Service，即连续运行卫星定位综合服务系统。

CORS服务进一步向更精确、更实时、更可靠、更方便和更广泛发展，相信不久的将来，必将实现区域网络之间、区域网络与行业网络之间、区域行业与国家网络之间、甚至全球网络的互联。

[参考文献]

[1]《GPS测量原理及应用》（第3版） 徐绍铨 等著，武汉大学出版社，2008

RTK定位系统论文 篇4

利用GPS实时定位技术可进行控制点加密、工程放样、碎部点采集、中线高程采集等测量任务[1]。RTK技术灵活、方便的特点使其在城市测量中有广阔的应用前景,但是由于城市现代通信业的高度发达,城市建筑的高大化和装演材料的强反射性,市区道路车流量大且行动缓慢等因素,使得RTK作业受到一定的影响。主要表现如下。

1)数据链不稳健,无法进行动态初始化或整周模糊度计算。

2)长时间无法获得固定双差解。

3)视空高度角大,无法接收到足够的卫星。

如何发挥RTK技术快速、准确的定位优势,服务城市测量工作是一个值得讨论的课题。根据使用的徕卡TC500型双频双星RTK接收系统为例,对其在长春城市测量中的应用情况进行阐述。

1 城市测量的作业流程

1.1 内业准备

在实施RTK外业测量前,应事先对测区进行踏勘,根据城市测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几个方面的内容。

1)根据工程项目,设定工程名称。

2)主机的参数设置。基准站的数据采样率一般为4～5°,流动站的数据采样率一般为1～2 s,截止高度角通常先设定为10°。

3)若已知坐标转换参数,则输入流动站手簿。

4)若无坐标转换参数,则整理测区的已知控制点资料,控制点尽可能均匀分布在测区,使所测点在已知点的控制范围,尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。

5)实施工程放样时,内业输人每个放样点的设计坐标,以便野外实时、准确放样。

1.2 求定测区转换参数

城市测量是在地方独立坐标系上进行的,这就存在WGS-84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题[2]。由于RTK作业要求实时给出当地坐标,这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要,求定测区转参数可分为2种情况。

1)可对一个大的测区(一个乡镇、县区的一部分等)事先测定转换参数,在测区内各工程实施RTK作业时,直接输入参数和基准站WGS-84坐标。首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点,获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标,利用同一点的2种坐标求出转换参数。在工程应用中,每个点都可安置基准站。

2)也可在一个工程中临时求得转换参数,但不能在另一个工程中应用。首先在对空视野开阔的地方设立基准站并采集单点定位WGS-84坐标,然后流动站联测2个以上的地方坐标系下的控制点,求解坐标转换参数(注意:为提高转换参数的可靠性,最好选用3个以上的点进行观测和求解,这样可通过多种点的匹配方案,检验转换参数的正确性及精度)。

3)基准站的选定原则。数据传输系统由基准站发射台和流动站接收台组成。它是实时动态测量的关键设备。稳健可靠的数据链是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输,可以减少整周模糊度的解算时间,大大提高工作效率。所以基准站的安置是顺利实施RTK作业的关键之一,基准站安置应满足下列条件。

(1)基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上。

(2)基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,城市测量首选测区中央的高大建筑物上。

(3)为防止数据链的丢失和多路径效应,周围应无GPS信号反射物(大型停车场、大型建筑物、车辆拥挤的街区等),200 m范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。

2 RTK施测步骤

野外作业时,基准站安置在选定的控制点上,打开接收机输人点号、天线高、WGS-84的已知坐标。如果未知WGS-84坐标,则需采集单点定位坐标,设置完毕检查接收的GPS卫星数≥5颗。设置电台的通道和灵敏度,检查电台发射指示灯是否正常,基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率,检查电台接收指示灯是否正常,检查接收卫星颗数≥5颗,流动站可开始测量任务。先联测1～2个已知控制点,评定测量精度,满足设计要求则开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单,外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统,直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后再打印出来。

3 城市观测的应用实例

3.1 测区概况

某测区是长春市规划建设的新城区之一,整个测区地势相对平缓,高大建筑物较少,除个别地方外对RTK作业无大的影响。

3.2 测绘仪器软件

为了追求高精度控制,该测区采用进口徕卡TC500接收机实施静态测量,取得的成果真实可靠,内业成果采用徕卡数据处理软件实施数据处理。

3.3 确定转换参数

为有效地控制整个测区,首先在测区布设了四等GPS网和四等水准网,共布设18个GPS控制点和长达32 km的四等水准线路。以A113单点定位坐标(单点定位达6 h)为基准,获得相对准确的WGS-84坐标。然后开始坐标转换工作,坐标联测时,为保证转换参数的精度,共联测8个GPS控制点,通过多种点的匹配方案,选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数;并对转换参数进行了检核,检核结果见表1和表2。

3.4 工程应用及定位精度比较分析

1)伊通河污水截留工程位于测区北部,工程控制测量和放样测量河堤定线均采用RTK作业。对同一观测点在不同时间段进行重复RTK测量,坐标校差比较见表3。

相邻观测点间全站仪实测距离和RTK实测距离进行抽样检查,结果见表4。根据比较可知测量的点位精度符合该工程建设的要求。

2)河堤路是长春市伊通河风情线滨河路的续建工程。该工程由南向北横穿测区,线路全长约20 km。

沿线为河道、树林、居民地,天空开阔,地势平坦,多路径效应小,适合RTK作业。该工程控制测量、道路定测及施测均采用RTK作业。重复测量同观测点的坐标校差统计表见表5。相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离抽样检查见表6。

根据工作应用来看,RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程,又可实时知道测量点位精度,能够极大地提高工作效率。同时从测量结果来看,RTK测量点位精度可达厘米级,能够满足城市建设的需要。

4 RTK实测中注意的问题及对策

RTK技术在城市测量中有广阔的应用前景,但是由于城市特殊的环境,存在诸多不利于RTK作业的因素,诸如强大的无线电网络等。在大量的实践应用中,我们就发现许多测量过程中的问题。经过认真的分析,主要有以下几个方面。

1)由于实时动态RTK的测量与卫星分布以及数据链的性能有关,而且各观测值都是独立观测的,那么在观测时如何判断观测数据的可靠性呢?在开始观测前先联测其他已知点进行对比,以确定基准站和流动站各参数设置是否正确,以及数据链通信是否正常。在观测一段时间或流动站失锁以及观测结束前都进行这一检测,这样可以有效地判断仪器是否处于正常状态,从而确保观测成果的可靠性。

2)为提高观测成果的精度,流动站宜采用三脚架或带支架的对中杆,这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小。同时在采集数据时,应等待数据变化稳定在设计要求范围内。

3)RTK作业时,有时会出现数据链不稳定的现象。可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电,干扰了数据的传输,这时应通知基准站重新选择电台发射频率,流动站也重新选择接收频率;也可能是电台的电量不足,应及时充电。

4)在 RTK测量过程中,有时会出现在某个区域或一个时间段里,解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是由于周围存在如反射性强的建筑物、水面、临时停车等反射物引起多路径现象,可选择复位后重新观测记录;也可能没有足够的卫星可用或卫星分布不利,可选择适当提高截止高度角(如10°或15°)或删星。

5)在房屋密集区域,为防止由于天空通视条件的限制,RTK无法确定其坐标位置,应采用常规测量方法。

5 结语

RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后,测量领域又一次技术革命。它改变了传统的测量模式,能够实时提供厘米级定位精度,在不通视的条件下远距离传输3维坐标。应用于城市测量中,RTK能够快速准确地布设导线网,弥补由于城市日新月异的发展造成的低等级导线点的毁坏,减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。RTK测量需要的测量人员少、作业时间短,能够极大地提高工作效率,并且RTK测量成果都是独立观测值,不会像常规测量造成误差积累。当然,RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件。在城市环境下更显得突出,有时会出现无法正常作业的情况。这就需要不断完善RTK技术,探讨先进作业方式。随着RTK技术的日趋成熟,必将更好地服务于城市测量。

参考文献

[1]周忠漠.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1997.