Real Time Kinematic 实时动态定位技术.docx

Real Time Kinematic实时动态定位技术实时动态RTK定位技术在土地测绘中的 应用时间：2009-11-30 22:54:50 来源:本站 作者：未知 我要投稿 我要收 藏投稿指南冷空食既冷实时动态RTK定位技术在土地测绘中的应用陈建龙1,杨德明1,华庆海2(1.1.黑龙江省土地勘测规划院,黑龙江哈尔滨150056;2. 江苏省旺胎县国土管理局，江苏旺胎县211700)摘要:介绍了基于全球定位系统(GPS)的实时动态(RTK)定位技术，探讨了实时动 态定位技术在土地测绘中的应用方向及其特点。关键词:实时动态(RTK)定位技术;GPS; 土地测绘;应用中图分类号：P 228.9文献标识码：B文章编号:1005-3123(2000)03-0020-020.引言实时动态(RealT me blue matte RTK)定位技术，是一项以载波相位观测 为基础的实时差分GPS测量技术、它的基本形式是：以一台输入己知WGS84坐 标的GPS接收机作为基准站，对所有可见GPS卫星进行不间断观测，将其观测数 据(己知WGS 84坐标及载波相位)，通过无线数据传输设备发送给流动站(用 户观测站)、在流动站上，另一台GPS接收机在接收GPS卫星(与基准站所观测 的卫星为同一组卫星)信号的同时，通过无线数据接收设备，接收基准站传输的 观测数据，然后根据相对定位、实时差分的原理，通过特定软件，实时地求差并 计算出流动站所在点的WGS 84 一维坐标，通过地方坐标转换参数，换算得出流 动站逐点的平面坐标X，y和海拔高灯，并在电了手簿上实时显示其坐标及其精 度。实时动态定位作业示意图如下：图I目前，实时动态定位技术在20 km的范围内己经驭得了成功，平面点位精度一般 为l-Zcm+10nnm，既可以应用于碎部测量，义可应用于等级要求不高的控制测 量。实时动态定位技术与传统测量方法相比，具有明显的优势、首先，观测效率高； 应用实时动态测量系统，连续采集单点坐标仅需十凡秒钟，而巨实时解算坐标， 观测坐标精度，既减少了多余观测量，义避免了事后发现观测成果不合格，而返 工的现象、其次，布点方式比较灵活，节省费用、在控制测量中，应用实时动态 定位技术，各控制点间无须通视，既不需要进行造标，也不需要传统一角测量、 导线测量中的连接点及传算点，这极大地降低和节省了测量费用。1. 实时动态（RTK）定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主要中以下一部分构成：1. 1卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中，应至少包含两台GPS接收机，分别安置在基准站和 流动站上、当基准站同时为多用户服务时，应采用双频GPS接收机，其采样率与 流动站采样率最高的相一致。1. 2数据传输系统 数据传输系统（数据链），中基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置组成， 它是实现实时动态测量的关键性设备。其稳定性依赖于高频数据传输设备的可靠 性与抗干扰性、为了保证足够的数据传输距离及信号强度，一般在基准站还需要 附加功率放大设备。1. 3软件解算系统实时动态定位测量的软件解算系统对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠 性，具有诀定性的作用、以载波相位为观测量的实时动态测量，其主要问题在于， 载波相位初始整周未知数的精密确定，流动观测中对卫星的连续跟踪，以及失锁 后的重新初始化问题、目前，中于快速解算和动态解算整周未知数技术的发展， 为实时动态测量的实施奠定了基础。实时动态测量的软件系统，应具有的基本功能是:1）快速解算/动态快速解算整周未知数。2）根据相对定位原理，采用一定的数据处理方法（如序贯平差法），实时解算 流动站的WGS 84的”维坐标。3）根据己知的地方坐标转换参数，进行应用坐标系统的转换。4）解算结果质量与精度评价。5）测量结果的显示与绘图、放样功能。2. 实时动态（RTK）定位在土地测绘中的应用利用GpS （全球定位系统）进行土地测绘是近凡年的事情，而实时动态（RT曰定 位技术以其特有的技术优势，在土地测绘领域展现出了极为广阔的应用前景和发 展空间、笔者通过实践，感到实时动态定位技术在土地测绘中，主要适用于以下 一方面：2. 1地籍控制测量实时动态定位技术应用于地籍控制测量，可以根据实际需要，灵活布设控制点， 点位可疏可密、如图2,测区为相互独立的A、B两测区，应用实时动态定位技 术，就可以在。点上架设基准站，在需要布设控制点A、B区域，布设控制点， 而不必在A、B测区中间地带布设传算点，这使交通不便的独立地区能方便地进 行整体联测。采用实时动态定位技术进行地籍控制测量，效率很高、不仅大大优于传统测量方 式，而巨明显优于GPS静态测量方式。例如：在大庆822万由仲m用地的地籍调 查中，我们在首级控制采用经典GPS静态测量的基础上，加密控制均采用了实时 动态定位技术，在应用两台GPS接收机（分别作为基准站和流动站），点位间距 离平均为05- 10 km，交通方便的条件下，平均每天测点20- 40个（5 S点）， 主要时间是花费在交通上，这是传统测量方式及经典GPS静态测量方式所无法比 拟的、这种测量方式还非常适合中小城市（镇）的地籍控制测量，在面积为100kmZ 以下的中小城市，如果形状比较规整，基准站布设在合适的位置上，一般仅需一 个基准站就可完成控制测量，流动站与基准站之间不必考虑通视问题。2. 2建设用地前期勘测/地籍碎部测量采用实时动态定位方式进行建设用地前期勘测或地籍碎部测量，与采用全站仪进 行测量相比较，也具有非常明显的优势：一是采点速度快，在保持卫星连续跟踪 的情况下，一般单点测量仅需要十凡秒钟，与全站仪相当、但是在以基准站为中 心方圆20 km内，既不需要变换基准站，也不需要图根控制点，更不需要定向， 这就减少了全站仪频繁换站所花费的时间，巨可以使多个流动站同时工作，而互 不影响、在绥化市红星水序建设用地前期勘测中，我们通过实践比较，在相同的 时间内，一台流动站大约是一台全站仪工作效率的15倍。实时动态定位测量方式在碎部测量上也有其不足的一面，它虽然不要求流动站与 基准站通视，但是要求GPS接收机的卫星信号接收天线对天通视、在测量房屋、 林带时往往中于无法靠近被测地物，而无法测量，这就需要全站仪等光学测量仪 器的密切配合、但是如果能够使用双系统的全球定位系统（即GpS +GLONASS系 统，目前设备投资较大），中于天空中可见卫星较多，则上面提到的情况，就会 有明显地改观。2. 3放样土地权属界线实时动态定位技术另一个非常适合的领域是放样土地权属界线、尤其是在通视不 便、测量困难地区、在土地管理中，经常出现：土地权属界线在图上己确定，但 中于实地地形复杂或通视困难等不利条件，利用常规方法很难落界的情况、在黑 龙江省兴凯湖农场与八五六农场之间的一条土地权属界线是以平面坐标X= 5028000为界、在这条界线上多是草甸、沼泽、树林，既难架设常规测量仪器， 义通视不便、我们利用实时动态定位技术，放样界址线，在电了手簿上会即时显 示流动站所在点与放样线的方位、距离，仅需要单人背负流动站作仆即可。我们 用一天十的时间步行放样直线距离ZI km、另外，实时动态定位技术测量系统还 具有圆曲线、缓和曲线等曲线放样功能，适合于公路、铁路的放样。3. 应当注意的几个问题：3. 1基准站全流动站距离应小于20 km。3. 2求驭地方坐标转换参数的换算点的凡何图形应当比较均匀，井巨整个测区 应当位于换算点连线所封闭的凡何图形之内。3. 3基准站应尽量架设在地势较高，对天通视良好的地点，以免有障碍物遮挡 卫星信号。3. 4在应用实时动态定位技术进行测量过程中，可能出现卫星信号受遮挡，卫 星信号中断、卫星失锁的现象、这时需要在卫星失锁的观测点上，静止地观测凡 分钟即可重新完成初始化。3. 5利用实时动态定位进行控制测量所作的控制点，两点间仍需通视，以方便 利用其它仪器进行联测。实时动态定位测量系统随着数据传输能力的增强，数据传输的稳定性、可靠性、 抗干扰性水平的不断提高，传输距离的增长，软件系统解算能力的不断增强，实 时动态定位技术必将会在更广阔的范围内得到应用。2. RTD主要系统组成RTD由下列三部分组成；1. 基淮台卫星接收机及接收天线；2. 移动台卫星接收机及接收大线；3. 数据传输挽包括校正值处理乳数字调制解调器，数据发射机及数据接收机。 系统组成如图1所示。RTD系统使用的卫星接收机单频机就可队但要求接收通道要尽可能的多，基淮台 要有10个以上接收通道，标淮配置是12个通道。这是为了能接收到所有通过的 卫星，以保证其它移动台因环境差异不能接收到全部通过卫星时，仍能对应基淮 台有4个以上卫星进行选择的可能忧实施RTD的关键是数据传输链，基准台要将大量的信息传送到移动包差分定位精 度的好坏与差分校正值的更新率与数据传输的准确性密切相关，因此对数据链的 要求是数据传输淮确可靠，速度快。一般要求数据传输的误码率应小于10， 差分数据的更新率应小于10 S由于°SA”的影响，超过10 S校正值项的变化 将明显增大而降低精度RTK 一实时动态载波相位差分GPS实时动态载波相位差分GPS测量是指在运动状态下通过跟踪处理接收卫星信号 的载波相位，从而获得比RTD 一常规差分GPS测量高得多的定位精度。为了和常 规的码相位差分GPS相区别，称实时动态载波相位差分GPS为RTK，也有称作RTK / OTF (RealTwie Kinematlyon The Fly)RTK是在载波相位上进行测量，所以精度很高，可以达到几厘米或几分米的精度。 这样高的精度其应用领域扩展到许多范围。然而，在动态情况下，实施相位测量 有很大难度，主要是多值性，也就是如何求解初始整周未知数问题。1关键问题一一整周未知数测量点P到任一卫星在t.时刻相应测量有下式：式中为在t.时刻测量点到任一卫星间相位测量的相位数值；A甲为在t.时 刻相应测量的小数值(l周内)；N。为信号从岛时锁定到局时刻接收到达的载 波信号进行拍频计数的累计整周数；N。为在岛时刻前载波相位从卫星到测量点 在空间传播的整周故A叩是瞬时可以测量到的值，N。是在相位锁定后可通过累 计得到，唯N。是个未知凯这是无法通过观测得到的值，称初始整周未知数，也 称整周模糊度或多值性。（1）式可以用图2表示。从（1）式和图2可知，要进行载波相位测量，必须解 决整周未知数N。问题，在静态测量电可利用长时间观测和事后处理求解出N。， 然而在动态下求解N。就非常困难。2求解整周未知数的方法 在运动状态下求解整周未知数叫无初始化相位测量。主要方法有：1快速逼近法（FARA）FARA门ast Am b吗ulty Resolutlo n Approach）法是以统计理论为依据，在 某一估值的范围内搜索一组方差之和为最小的似然整周数解集。这种以统计方式 求解整周未知数的方法速度快，阴加条件少。估值是以常规差分方法得到的解值， 所以常规码相位差分是基础，估值精度越高，求解的范围就越小，求解的速度就 越快，准确性就越高。该方法的优点是使用单频接收机就可以，缺点是需要一定 的时间，需要几秒钟到几分钟才能完成初始化。2组合波宽巷处理：它的前提是必须采用双频接收机。仍然利用常规码相位差分测量，得到一个整周 模糊度的近似估值，然后再对伪距噪声及多路径效应进行平滑，以减少整周数的 搜索个数，最后根据双频信号，通过两种波长（巷宽）的线性组合，可以得到一 个宽巷的巷宽。GPS系统发射孔和两个频率./. = （ 575. 42 M Hr,波云.=0.19 iji；f, = I （id M H 7,波长 L = 0.24 m通过如下组合计算班以得一个窕卷波攻标=。，膈 m显然，宽巷的波长比单频的波长大4倍，利用宽巷极易在估值范围内求出巷宽的 整周模糊度，再利用/和宽巷的参数间的线性关系求出/和整周未知故组合波法其优点是求解速度快，一般需几秒至十几秒时凤缺点是需配置双频接收 机成本要高出单频机一倍。3 .RTK的发展及应用现状实时动态载波相位测量是差分GPS测量技术的一大突破，它把实时动态下的定位 精度提高到过去只能在静态测量中经过较长时间（l 2h）测量，而巳需要事 后处理才能得到的精度一一几厘米或几分米。由于RTK GpS测量精度高，而巳是实时，无需事后处理，因此它己使当前GPS 技术发展到最高点。它的应用领域己扩大到许多方面。1 RTK突出的优点：高精度：采用高性能双频机可达到2。m+2PPm x D,性能差的也可达到亚米级;实时性能：在现场即可得到三维坐标，并能实时放样出设计坐泳轻便灵活：设备都非常轻便，不包括电源基准台只有十多公斤，移动台只有几公 斤，搬迁安装非常灵活。2 应用领域：一一地震测线放样，可以根据设计测线的检波点及炮点位置在实地确认。由于有 很高的三维坐标精度，在陆地测量中，可以同时得到点位的平面位置和高程。一一代替常规的GPS静态控制测量，因几厘米或几分米的精度可以满足一般工程 测量中的控制精度要灰无需长时间静态测量事后处理。一高精度的工程测量：如航道测量，地形测图，道路工程等。3几种典型的RTK设备性能如表3所示。表3ItTK设备性能设备名称r穿：撞收机类型精度剖始化 昕间作用T rim、Ie RTKi T rin.hlcUK斯+M ppm ,1 ；上妙EW ild 300gcm皱.1 3- k m"iWE美 £9 A sb rcqln9- , L 25缱1 - S1M ink a rt法E S ii-rce 1LI腥E缱intmmi 知美 LiO Daln arteLl3 口 me 级09咔m4 RTK的局限性(1) 作用距离有限：RTK测量在解算整周未知数时，需要一个近似的估值，该估值是以码相位常规差 分测量求得的，作用距高太大时，该估值的误差就大，有可能在运动状态下无法 搜索到可靠的整周数解，导致作业失败，因此作用距高就非常有限，一般要得到 厘米级精度作用距离不能大于10 15 km，要得到亚米级精度作用距高不能大 于5 0灿，随着今后研究的深入和技术不断完善，作用距离可能放宽。(2) 初始化时间的等待在动态下求解整周模糊度一一即初始化需要一定时间(几秒到几分钟)，因此在 连续动态作业过程电一巳信号失锁，需要重新进行初始化，在初始化过程中，精 度将降低到常规差分GPS的精度，只有等待初始化完成，精度才能恢复到原有的 精度。4. 结束语RTD作为海洋勘探的定位导航设备己经相当成熟，远程的RTD己能达到1 5 m 的精度，这时常规的二维，三维地震勘探是有保证的。TRK以其厘米级的高精度和轻便灵活为优势，作为海滩及内陆湖泊等小区域物探 作业极为有利。尤其陆地部分地震作业要求点位具有高程数据且误差不能大于2 m，RTK完全满足这些条件它的轻便灵活又为复杂地区随意搬迁安装提供了方 便。我单位在新疆博湖地区作业，由于地区复杂，应答器系统使用了8个岸包4 套移动包外加经纬仪和红外线测距仪，如果使用一套RTK，就可以替代上述所有 设备。不管从管理或效益上讲，尽快由RTK替代之是明智的选择。在过去，实时动态定位主要依靠常规RTK(real time kinematic)技术，作用范围小，可靠性差。近年来，多基站网络RTK技术已成为实时动态定位的主要发展方向。，利用网络RTK技术形成差分数据并提交给用户数据中心。目前，城市CORS中的实时动态定位主要依靠网络RTK技术。与常规RTK动态定位技术相比，网络RTK技术采用误差逐项改正、集中计算、通过用户数据中心集中发布的方法，突破了常规RTK作业系统分散、相互独立、临时性基准站频繁设置、有效范围小、精度随距离增大而迅速降低等问题,可向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息。其代表有虚拟参考站技术5 ,6RTK (Real Time K inematic)技术是以载波相位观测量为根据的时动态差分GPS卫星测量技术。RTK定位点坐标测量是通过GPS接收机接收卫星发来的信息和接收基准站的差分信息确定地面点的三维坐标，如图1所示。它的作业模式要求在已知点上设基准站架设GPS接收机，将其观测采集到的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上，再通过基准站电台将这一调制波和测站坐标信息一并发射给流动站。由此什么是RTK技术？收藏此信息推荐给好友2009-8-8来源：机电商情网戏既既既戏Q常规的gps测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行 解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法， 它采用了载波相位动态实时差分(Real-timekinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑， 它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实 时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级 精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动 站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内 组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一可秒钟。流动站处于 静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态 条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可 进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形， 则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地 把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大， 一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。引言1 RTK概述RTK(Real-Time-Kinematic)技术是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS 与数传技术相结合，实时解算并进行数据处理，在12秒时间内得到高精度位置信息的技术。1.1 RTK 的工作原理RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体(称为流动站) 上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一 GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信 息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动 站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。精密GPS定位均采用相对技术。 无论是在几点间进行同步观测的后处理(RTK)，还是从基准站将改正值传输给流动站(DGPS)，这些都称 为相对技术，以采用值的类型为依据可分为4类：(1)实时差分GPS，其精度为1m3m; (2)广域实时 差分GPS，其精度为1m2m; (3)精密时差分GPS，其精度为1cm5cm; (4)实时精密时差分GPS， 其精度为1cm3cm。差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。前两类定位误差的相关 性，会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。故RTK采用第三类方法。RTK的观测模型为：因 轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射的影响在实际的数据处理中一般采用双差观测值方程来解算， 在定位前需确定整周未知数，这一过程称为动态定位的''初始化”(On The Fly即OTF)。实现OTF的方法 有很多种，美国天宝导航有限公司的做法是：采用伪距和相位相结合的方法，首先用伪距求出整周未知数 的搜索范围，再用相位组合和后继观测历元解算和精化;利用伪距估计初始位置和搜索空间，快速确定精确 的初始位置。# |中国移动随E行软件随e行是中国移动面向商务人士、集团客户推出无线上网服务，用户可通过笔记本电脑、 PDA等终端以GPRS/WLAN接入互联网和企业网，获取信息、娱乐或移动办公业务。"随e 行"业务的宗旨是为用户带来"网络随身、世界随心"的感受。业务发展阶段第一阶段：GPRS上网卡+数据SIM卡第二阶段：GPRS上网卡+WLAN上网卡+数据SIM卡第三阶段：GPRS/WLAN双模卡+数据SIM卡目前"随e行"已发展到第二阶段随e行业务特征：GPRS广域覆盖目前中移动在全国31个省240多个城市提供GPRS服务，不管在市内、室外、静止还 是运动中，用户都可以接入互联网，上网速率在20-30Kb。GPRS永远在线用户通过GPRS无线上网时，可以一直与互联网保持连接，始终附着在网络上，每次使 用时只需一个激活的过程，一般需要1-3秒的时间就能登录至互联网。WLAN高速接入在中移动WLAN网络覆盖地区可以提供11M的共享接入速率，满足用户浏览WWW网 站、使用带宽要求高的流媒体业务、下载大型软件等需求。GPRS和WLAN全国漫游目前中移动已在全国近700个热点地区提供了网络覆盖，热点地区包括机场、酒店、会 议中心和展览馆等商旅人士经常出入的场所，具体热点地区名单。丰俭由己提供多种资费套餐的组合，可根据个人的使用习惯自由选择。申请方便对WLAN业务，用户可以通过短消息方式申请WLAN上网密码，密码以短消息方式下发 到用户手机,申请即开通，费用计入相应手机账号支付方便用户不需要单独缴费，用户可以选择包括充值卡在内的多种缴费方式进行交费，完全通过 手机话费方式缴纳使用随e行产生的费用，真正实现"轻松使用，轻松支付"。提供"随e行"客户端软件支持选定的双模网卡、GPRS网卡、WLAN网卡和手机。