網(wǎng)絡RTK技術及應用

關于網(wǎng)絡RTK技術及應用第1頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三1、網(wǎng)絡RTK技術網(wǎng)絡RTK概念網(wǎng)絡RTK技術就是利用CORS各個參考站原始觀測信息，以CORS網(wǎng)絡體系結構為基礎，建立精確的差分信息解算模型，解算出高精度的差分改正信息，然后通過無線網(wǎng)絡將差分改正信息發(fā)送給用戶。網(wǎng)絡RTK技術集Internet技術、無線通訊技術、計算機網(wǎng)絡管理技術和GNSS定位技術于一體，是CORS網(wǎng)絡服務系統(tǒng)和核心支持技術的解決方案。第2頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三1、網(wǎng)絡RTK技術依靠網(wǎng)絡將基準站數(shù)據(jù)聯(lián)到計算機中心，聯(lián)合若干基準站數(shù)據(jù)解算，消除電離層、對流層等影響，以提高RTK定位的精度和可靠性。主要特點包括：1、CORS網(wǎng)絡的范圍從RTK的點到基準站覆蓋的區(qū)域，即從早期的單站RTK覆蓋的范圍到CORS網(wǎng)絡整網(wǎng)覆蓋的范圍。2、資源共享基準站之間通過通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)基準站和基準共享。3、定位精度網(wǎng)絡RTK解算至少采用3個以上基準站的數(shù)據(jù)，并結合的用戶的位置和環(huán)境情況進行差分解算，極大提高了差分解算的精度。第3頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三1、網(wǎng)絡RTK技術4、服務范圍單點常規(guī)RTK定位范圍，以單基站為中心半徑為10公里的范圍，且差分定位的精度隨著距離的增加而加大；網(wǎng)絡RTK測量時，在網(wǎng)絡覆蓋的整網(wǎng)的范圍內任何地點的RTK定位的精度都是一樣的。5、可靠性單點常規(guī)RTK，用戶接收單個基準站的差分改正信息，一旦該基站出現(xiàn)意外，用戶將不能得到該基站發(fā)出的差分改正信息，因此，可靠性極低，網(wǎng)絡RTK差分解算采用多個基準站信息，某一個基準站出現(xiàn)意外不影響網(wǎng)內用戶的使用。因此，與常規(guī)RTK相比可靠性大大提高。第4頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三1、網(wǎng)絡RTK技術網(wǎng)絡RTK關鍵技術1、利用多個基準站的觀測信息對電離層、對流層、觀測誤差的誤差模型進行優(yōu)化；2、多個基準站的已知坐標和觀測數(shù)據(jù)快速確定某類整周模糊度的值，然后進一步確定誤差模型的精細結構；3、利用上述誤差模型和整周模糊度尋找確定流動站誤差修正的算法；4、利用修正后的流動站觀測值和基準站坐標固定流動站整周模糊度；5、快速、實時解算技術，結果和可靠性檢驗。第5頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術VRS技術

VRS（VirtualReferentSystem）技術，全稱為虛擬參考站技術，是由HerbertLandau博士提出虛擬參考站系統(tǒng)理論，TrimbleVRS系統(tǒng)是一個集GNSS硬件、軟件和網(wǎng)絡通訊技術于一體的新型系統(tǒng)。第6頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術在VRS網(wǎng)絡中，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時，移動用戶在工作前，先通過GSM的短信息功能向控制中心發(fā)送一個概略坐標，控制中心收到這個位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計算機自動選擇最佳的一組固定基準站，根據(jù)這些站發(fā)來的信息，整體的改正GPS的軌道誤差，電離層，對流層和大氣折射引起的誤差，第7頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術將高精度的差分信號發(fā)給移動站。這個差分信號的效果相當于在移動站旁邊，生成一個虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。其實VRS技術就是利用各基準站的座標和實時觀測數(shù)據(jù)解算該區(qū)域實時誤差模型,然后對用一定的數(shù)學模型和流動站概略坐標,模擬出一個臨近流動站的虛擬參考站的觀測數(shù)據(jù),然后建立觀測方程解算,虛擬參考站到流動站間這一超短基線

第8頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術虛擬參考站極有可能就是運用的概略坐標,這樣的話,由于單點定位的精度虛擬參考站到流動站的距離一般為幾米到幾十米之間,如果將流動站發(fā)送給處理中心的觀測值進行雙差處理后建立虛擬參考站的話,這一基線長度可能只有數(shù)米。第9頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術VRS工作流程1、用戶與中心處理軟件建立連接2、回報流動站單點定位值3、中心給出綜合后的差分改正數(shù)4、用戶定位第10頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術VRS工作流程VRSNMEARTCM第11頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術VRS算法的優(yōu)勢在于允許服務器應用整個網(wǎng)絡的信息來計算電離層、對流層的復雜模型，在于一旦完成了數(shù)據(jù)的完整性的檢測，中央服務器就通過雙差觀測計算電離層、對流層和星歷誤差，可以明顯剔出常規(guī)RTK下的系統(tǒng)誤差。VRS的劣勢是他在支持流動站用戶應用方面的局限性，特別是在大型網(wǎng)絡內進行撥號服務時段內。因為在VRS中，修正信息是在撥號時對初始的流動站位置進行優(yōu)化而得到的，如果流動站在撥號后位置已經(jīng)移動了，那么這種修正對流動站的新位置就不一定適合。雖然這種效果僅影響長距離運動的流動站（幾公里），但是通過采用附加信息，流動站也能在這種情況下工作。第12頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術MAX/MAC技術

主輔站技術（MasterAuxiliaryConcept，MAC）是由瑞士徠卡測量系統(tǒng)有限公司，基于主輔站概念提出的新一代參考站技術。主輔站技術是基于最新多基準、多系統(tǒng)、多頻和多信號非差分處理算法。是從參考站網(wǎng)以高度壓縮的形式，將所有相關的，代表整周模未知數(shù)水平的觀測數(shù)據(jù)如彌撒性的和非彌撒性的差分改正數(shù)，作為網(wǎng)絡改正數(shù)據(jù)播發(fā)給流動站。第13頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術為了降低參考站網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的播發(fā)量，主輔站方法是發(fā)送其中一個參考站作為主參考站的全部改正數(shù)信息及坐標信息，對于網(wǎng)絡中其它的站點即所謂的輔助參考站，播發(fā)的是相對于主參考站差分改正數(shù)和坐標差。主站與輔站之間的差分信息從數(shù)量上來說要少得多，而且能夠以較小數(shù)量的比特來表達這種信息，差分改正信息可以被流動站簡單的用于內插用戶所在點位的誤差或重建網(wǎng)絡中所有參考站的完整的信息。第14頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術因此，主輔站技術完全支持單向的數(shù)據(jù)通訊，而不會影響流動站的定位性能。播發(fā)數(shù)據(jù)帶寬可以進一步被減小。具體的方法就是通過分解改正數(shù)為兩個部分：彌撒性的和非彌撒性，彌撒性的誤差是直接相應于信號的頻率，而非彌撒性誤差則對所有頻率來說是相同的。第15頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術主輔站技術（MAC）

一個主參考站+若干輔站=一個網(wǎng)絡單元第16頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術FKP技術

FKP技術GEO++公司GerhardWuebenna博士提出的全網(wǎng)整體解算模型，這是一種動態(tài)模型。它要求所有參考站將每一個瞬時采集的未差分處理的同步觀測值實時傳回數(shù)據(jù)處理中心，通過數(shù)據(jù)處理中心實時處理產生一個稱為FTK的空間誤差改正參數(shù)，然后將這些參數(shù)通過擴展信息發(fā)送給服務區(qū)內所有流動站用戶進行空間位置解算。第17頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術系統(tǒng)傳輸?shù)腇KP能夠比較理想的支持流動站的應用軟件，但是流動站必須知道相關的數(shù)學模型，才能利用FKP參數(shù)生成相應的改正數(shù)。為了獲取瞬時解算結果，每個流動站需要借助一個被稱為Adv盒的外部裝置內置解譯軟件，配合流動站接收機進實現(xiàn)作業(yè)。由于采用FKP算法的用戶需要附加破譯設備，所以FKP算法保密性特別好，但是使用比較復雜，對流動站用戶要求比較高，因此，普及率很低，目前全世界只有及少數(shù)地區(qū)采用FKP技術進行差分解算。第18頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術綜合內插技術（CBI）綜合內插技術是武漢大學提出的CORS系統(tǒng)建站技術，

CBI技術特點衛(wèi)星定位的多種系統(tǒng)誤差在一定區(qū)域內具有較強的相關性，在此基礎上，用一定的算法通過多個基準站的已知誤差直接內插該區(qū)域內任何一處流動站的綜合誤差，稱之為網(wǎng)絡RTK綜合誤差內插法，或簡稱為綜合誤差內插法。目前該技術還處在評估階段，未大規(guī)模推廣使用。第19頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術聯(lián)合單參考站RTK技術

聯(lián)合單參考站差分解算技術是有限的網(wǎng)絡RTK技術，其原理與普通RTK載波相位差分解算原理完全一樣，但是聯(lián)合單參考站作業(yè)時，用戶將概略坐標發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心通過概略坐標選用最近的參考站，并將最近參考站的差分數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，即以最近的參考站作為基準站進行載波相位測量。第20頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術其原理如圖第21頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2、目前主流的網(wǎng)絡RTK技術幾種網(wǎng)絡RTK算法的比較（CBI還為普及使用，未進行比較）第22頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三

CORS基站的原始觀測數(shù)據(jù)，計算任意歷元GPS衛(wèi)星的三維位置以及參考站網(wǎng)絡基線的軌道誤差、對流層延遲及電離層延遲；CORS基準站虛擬基站虛擬觀測數(shù)據(jù)計算虛擬基站和可視衛(wèi)星之間的距離，獲取GPS模擬觀測值的真值；根據(jù)虛擬基站的位置以及參考站網(wǎng)絡的空間誤差線形內插得到空間相關誤差；在距離真值上模擬空間相關誤差、模擬觀測噪聲、粗差及周跳等；根據(jù)觀測時間、采樣率等輔助信息把模擬得到GPS觀測值生成RINEX格式輸出3、CORS虛擬技術3.1技術方法第23頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第24頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三CORS虛擬技術不需要聯(lián)測已知點拓寬了CORS的服務內容任意調整控制網(wǎng)網(wǎng)形；任意觀測時間構網(wǎng)改變了GPS傳統(tǒng)作業(yè)模式提供高精度解算成果3、CORS虛擬技術第25頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術3.2精度測試第26頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第27頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第28頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第29頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第30頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第31頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、CORS虛擬技術第32頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三類似兩臺GPS觀測構建邊連式控制網(wǎng)

3、CORS虛擬技術第33頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三類似單臺GPS觀測構建邊連式控制網(wǎng)

3、CORS虛擬技術第34頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3.2工程應用測試控制網(wǎng)測試

3、CORS虛擬技術第35頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三點位誤差在10毫米之內3、CORS虛擬技術第36頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三點位測試采樣間隔為1S，5、10、15分鐘的觀測數(shù)據(jù)分別進行處理比對3、CORS虛擬技術第37頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三結論：虛擬觀測技術5分鐘觀測數(shù)據(jù)事后處理平面精度與10、15分鐘精度相當，高程精度誤差較大。相對關系因沒有直接觀測值，邊長精度尚可，角度誤差較大。3、CORS虛擬技術第38頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三11年太陽活動周期4、CORS面臨的挑戰(zhàn)第39頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三電離層建模是CORS網(wǎng)絡解算的核心太陽活動高峰期的到來，將為電離層的精確建模帶來極大的困難電離層建模的好壞，將直接影響CORS系統(tǒng)精度及可用性的關鍵針對這種挑戰(zhàn)，我們必須不斷改進電離層建模算法差的電離層模型好的電離層模型4、CORS面臨的挑戰(zhàn)第40頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三多星時代即將來臨已經(jīng)成熟的衛(wèi)星系統(tǒng)GPS現(xiàn)代化，新的信號L1C，L5GLONASS現(xiàn)代化，新的信號L3CDMA正在部署中的衛(wèi)星系統(tǒng)歐盟GALILEO中國北斗（Compass）日本QZSS（準天頂星系統(tǒng)）IRNSS（印度區(qū)域導航系統(tǒng)）4、CORS面臨的挑戰(zhàn)第41頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三目前CORS最成熟的應用是網(wǎng)絡RTK/RTD但在一些其它應用領域，卻遇到了瓶頸氣象許多研究證明，GPS反演水汽可以提高短期天氣預報的準確性但一直沒有應用于日常業(yè)務監(jiān)測大橋、大壩、滑坡、尾礦等的監(jiān)測CORS系統(tǒng)的參考站很適合做監(jiān)測系統(tǒng)的基站但卻很少見到監(jiān)測系統(tǒng)會使用現(xiàn)成CORS基站4、CORS面臨的挑戰(zhàn)第42頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三5、網(wǎng)絡RTK技術的應用第43頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3、網(wǎng)絡RTK技術的應用第44頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2011年2月24日，SDCORS正式通過專家組驗收并開通投入運營，為政府、行業(yè)及民用提供了實時、快速、高效、高精度的定位服務。截止到2012年7月底，在網(wǎng)運行參考站點127個，注冊終端2000多臺，平均每天在線終端300多個。3.1基于SDCORS的國執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)

全程監(jiān)管平臺第45頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三

國土執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)全程監(jiān)管系統(tǒng)依托SDCORS實時、高效、高精度的優(yōu)勢，以海量空間數(shù)據(jù)為基礎，搭建起“天上看、地上查、網(wǎng)上管”的國土執(zhí)法平臺，為國土資源提供了強有力的“電子眼”，有效遏制了違法行為的發(fā)生。建設目標3.1基于SDCORS的國執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)

全程監(jiān)管平臺第46頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三建設目標三級聯(lián)網(wǎng)全程監(jiān)管市級區(qū)（市）縣級鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）級土地巡查違法案件發(fā)現(xiàn)、制止立案查處案件移送移交對內：實現(xiàn)執(zhí)法行為的管理對外：實現(xiàn)違法行為的管理3.1基于SDCORS的國執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)

全程監(jiān)管平臺第47頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三輔助決策子系統(tǒng)衛(wèi)片執(zhí)法子系統(tǒng)GPS動態(tài)巡查數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)動態(tài)巡查監(jiān)管子系統(tǒng)土地執(zhí)法監(jiān)察案件查處子系統(tǒng)案件督辦管理子系統(tǒng)國土執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)全程監(jiān)管平臺3.1基于SDCORS的國執(zhí)法監(jiān)察三級聯(lián)網(wǎng)

全程監(jiān)管平臺第48頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3.2在氣象預報中的應用第49頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三2009年6月28日鄂東暴雨GPS水汽24小時變化量大值中心與強降水中心一致水汽24小時變化量與降水密切相關76.196.2101.4第50頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三GPS水汽對可降水量的影響比雷達資料大一個量級LAPS分析的2008年6月8日暴雨發(fā)生區(qū)域總可降水量的差值隨時間分布圖（單位：m）a方案二與方案一差值反映雷達資料的作用，b方案三與方案二的差值反映水汽資料的作用（李紅莉）

0.00030.0039第51頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三降水預報評分0-24小時24-48小時降水量級（mm/24hr)暴雨50.0大暴雨100.0暴雨50.0大暴雨100.0同化GPS不同化GPS0.20000.1690.1630.1430.083GPS資料同化改善長江中下游暴雨預報降水實況同化GPS后預報一般預報第52頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3.32008奧運自行車賽道測繪

第53頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3.32008奧運自行車賽道測繪

工程難點

時間緊、工作量大、需要測量的點位多點位采集困難、不宜采用常規(guī)手段測量、危險性大，線路長、沿線的控制點分布不均勻，使用困難。第54頁，講稿共65頁，2023年5月2日，星期三3.32008奧運自行車賽道測繪

技術方案采用北京市全球衛(wèi)星定位測繪服務系統(tǒng)