基于-CORS系统网络RTK技术原理应用24675.pdf

-基于 CORS 系统的网络TK 技术原理及应用 目前，省地震局建立并运维由 25 个 GNSS 连续运行参考站组成的 CORS 系统，基于该系统的网络 RTK 技术也正式开场提供效劳。常规的测量手段易受测量环境、通视条件等限制，作业强度大、效率低，不能满足快速、准确、高效的测量要求，尤其是测量区域围较大时，上述弊端更加突出。而网络 RTK 技术不受布网条件、通视条件等限制，在精度要求不高(cm 级)的情况下，可以降低工作强度，缩短测量周期。本文首先介绍 CORS 系统及网络 RTK 技术工作原理，然后结合具体工程实例，说明网络 RTK 技术在测量实践应用中的可行性和优越性。1、CORS 原理及 RTK 技术介绍1.1 CORS 系统工作原理CORS 系统是基于全球卫星导航定位技术，在一个城市或国家，根据需求按照一定的距离建立的常年连续运行的一个或假设干个固定的GNSS 参考站，利用计算机、数据通信和互联网技术将各个参考站与数据中心组成网络，实时将参考站数据传输到数据中心，利用数据处理软件进展处理，向用户自动发布不同类型的 GNSS 原始数据和各种类型的 RTK 改正数据等。用户只需一台接收机，即可进展准实时、实时快速定位，以及事后定位或导航定位。CORS 系统的具体工作流程如图 1 所示。图 1 CORS 系统工作流程 1.2 网络 RTK 技术工作原理-RTK 技术形成于 20 世纪 90 年代，主要分为常规 RTK 技术和网络 RTK 技术。常规 RTK 技术在流动站与参考站距离小于 30 km 时，精度可达 cm 级;距离大于 30 km 时，测量精度衰减很快，通常只能到达 dm 级。网络 RTK 是由参考站网、数据中心、数据通信链路和流动站组成。基准站配备双频全波长 GNSS 接收机，参考站坐标准确并按照规定的采样率进展连续观测，通过数据通信链路传回数据中心;数据中心根据流动站发送的近似坐标计算误差改正信息，然后将改正信息播发给流动站。网络 RTK 技术的优势在于用户不用建立基准站，且用户与基准站距离可以扩大到上百公里，同时减少了误差源，使改正信息的可靠性和精度大幅改善。虚拟参考站(VRS)技术的特点是各基准站不直接向移动站用户发送任何改正信息，而是将所有的原始观测数据通过数据通信链路发给数据中心。同时在用户开场工作前，先向数据中心发送一个概略坐标，数据中心根据这个位置确定一组最正确基准站，并根据这些站发来的信息，整体改正GNSS 的轨道误差，以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号传给用户。差分信号的作用相当于在移动站旁边建立一个虚拟的参考站，从而解决常规 RTK 作业在距离上的限制，保证了用户的精度。省地震局CORS 系统基准站全部采用 Trimble NetR8 接收机和Trimble GNSS 扼流圈天线，数据处理采用 GPS-Net 软-件，网络 RTK 作业方式采用 VRS 技术。VRS 技术的主要工作原理如下:1)各个基准站通过专用光缆实时将观测的卫星信息传输到数据中心;2)数据中心根据各基准站数据实时组网，计算各基准站网的载波相位整周模糊度，建立误差改正模型;3)各移动站用户利用无线传输网络将初始捕获的单点定位结果以 NMEA 格式传送至数据中心，数据中心根据移动站位置在其附近建立一个虚拟的基准站，通过插得到虚拟基准站的各类误差源影响的改正信息，并通过NTRIP 协议回传给各移动站用户;4)各移动站与各自的虚拟站的基准站组成常规 RTK 网络形态，利用接收到的虚拟基准站差分改正信息进展差分解算，获得移动站的准确位置，得到 cm 级的定位结果。1.3 网络 RTK 技术特点相比于常规光学仪器测量，网络 RTK 技术具有如下特点:1.3.1 操作灵活简单常规的光学仪器施测时要进展对中整平，还要求测量点之间相互通视，且受地形、气候等影响显著;网络 RTK 技术对观测环境要求较低，只要能够接收到卫星信号和网络通信信号，就可获得精度较高的测量成果。1.3.2 定位精度高且分布均匀水准仪、全站仪测量易受误差传递积累的影响，距离起算基准越远，精度越差;而网络 RTK 测量不受测量误差传播和误差积累影响，在有效作业围，每个点的精度相互独立、互不干扰，因此定位精度高且分布均匀。1.3.3 工作效率高、本钱低在精度要求不高(cm-级)的情况下，网络 RTK 技术可以替代全站仪和水准仪进展点位放样、水准测量和地形图测绘等。卫星信号、通信信号正常时，初始化时间通常在 5 20 s，每个点所需的测量时间在 5 15 s，工作效率大幅提高，作业强度明显下降，经济效益显著增长。2、网络 RTK 技术的影响因素 基于 CORS 系统的网络 RTK 技术，通常受基准站的影响、通信系统的影响、数据中心的影响、用户设备以及测量环境的影响。2.1 基准站的影响网络 RTK 测量受基准站影响不明显，是因为网络 RTK 测量采用的是 VRS 技术，该技术的原理是在测站附近形成一个虚拟的参考站，因此即使出现个别基准站信号不好的情况，对定位精度和初始化时间影响也不大。但必须考虑测区是否在基准站有效覆盖围，通常在离基准站 100 km 围作业，其精度和初始化不会受太大影响，但超过这个围就可能导致无法获得固定解。2.2 通信系统的影响基准站与数据中心采用专用通信线路(SDH)连接，出现通信故障的情况较少，即使出现，对网络RTK 效劳影响也不大。数据中心与用户之间采用的是通信网络(CDMA、GPRS)传输，如果测区通信网络覆盖不合理，出现手机信号不稳定或无法联网，就会影响初始化时间，甚至无法得到固定解。2.3 数据中心的影响数据中心出现故障导致无法开展网络 RTK 测量的原因大致有 2 种:一是由于 GPS-Net 软件出现死机，无法提供网络 RTK 效劳;二-是数据中心终止了该用户的网络 RTK 效劳。如出现上述情况可向数据中心咨询，或向数据中心寻求帮助。2.4 用户设备的影响通常，不同版本和不同型号的 GNSS 接收机、记录手簿与通信设备匹配时有一定要求，如 Trimble R7-GNSS 接收机与 Trimble TSC2 记录手簿支持基于CDMA 模块的移动通信设备，而基于 GPRS 模块的移动通信设备则需安装 Symbian(塞班)操作系统，如果安装Android(安卓)操作系统则无法识别。另外当出现无法获取源列表时，需检查用户名和密码是否正确，同时检查设置的源列表类型与授权源列表类型是否一致。2.5 测量环境的影响如果测站周边有高大建筑物、密林、大面积水域、强电磁干扰源，测量精度将受到严重影响，甚至无法获得固定解。此时，如果精度要求不高，可以采取记录浮点解或者调整测量精度限差，降低获得固定解的标准;如果精度要求较高，则需要结合其他光学测量设备进展联合测量。3、网络 RTK 技术在城市地震小区划中的应用 3.1 城市地震小区划工程概述城市地震小区划工程属于省地震局十二五重点工程关震危险性评价建立容，主要涉及 3 个城市。开展城市地震小区划工作，可以为城市提供科学的抗震设防参数，制定科学合理的抗震设防水准和抗震措施，从而有效减少未来地震造成的人员伤亡和经济损失。工程的主要容是通过现场钻探和测试，查明目标区的地层、岩性、地-质构造、水文条件、场地土类型和场地类别，考虑后续工程与研究方便，对剖面钻孔的三维坐标进展了测量。本文结合*市地震小区划工程说明基于省地震局 CORS 系统的网络RTK 技术的具体应用。3.2 网络 RTK 技术的具体应用根据工程总体设计，结合*市城区实际情况，对 89 个钻孔进展了三维坐标测量，测量精度水平方向要求优于 5 cm，高程方向优于 10 cm。本次测量采用基于省地震局 CORS 系统的网络 RTK 技术，仪器采用 Trimble R7-GNSS 接收机和 Trimble TSC2 记录手簿，数据流传输采用基于CDMA 模块的移动通信设备。省地震局 CORS 系统在该市周围建有 6 个基准站，本次测量采用这 6 个基准站组成的虚拟站。测前对测量设备进展设置，具体如下:1)网络连接设置。进展网络连接时，CDMA 设置时需输入拨号网络码*777，用户名和密码分别输入card和card。另外 GPRS 设置需要输入拨号网络码*99*或*99*1*，拨号序列命令输入 cqdcont=1、ip和cmnet。2)拨号简表的建立。建立拨号简表时，CDMA 设置需要输入名称、简表类型、数据中心提供的 IP地址等。需要注意的是，APN 需要输入 cmnet，连接类型选择 CDPD，IP 地址及 NTRIP 用户名及密码输入数据中心提供的信息，GPRS 设置的连接类型选择 GPRS。3)测量形式设置。主要设置流动站选项和流动站电台选项。需-要注意测量类型选择RTK，播发形式选择VRS(RTCM)，流动站电台选择互联网连接，同时设置测量限差、测量历元、PDOP 值等，拨号简表选择步骤2)设置的拨号简表类型。4)TSC2 蓝牙连接。通过蓝牙连接移动通信设备、接收机、记录手簿设备，选择正确的型号和匹配设备。5)建立工程实施测量。建立工作任务，输入作业名称，选择适宜的坐标系和投影带，即可进展测量。3.3 精度统计及分析该市测量期间卫星信号、通信信号正常，初始化及测量精度优于设计要求。个别点由于周围建筑遮挡严重，卫星信号较弱，初始化时间较长，定位精度较差，但根本满足精度要求，具体精度及收敛时间统计见表 1 和表2。由表 1 和表 2 可以看出所有测点的水平和垂直精度都在设计围之，其中精度在 1 5 cm 之间的测点约占 90%，初始化时间根本在 20 s 之，说明基于 CORS 系统的网络RTK 技术完全可以满足测量需求。同时为了获得钻孔在1985 国家高程基准下的高程值，选择 3 个 1985 国家高程基准的测点进展联测，求取 WGS84 坐标系与 1985 国家高程系之间的高程异常值，然后利用该高程异常值对 89 个钻孔的高进展改正，获得这些点基于 1985 国家高程基准的正常高。4、结语 基于 CORS 系统的网络 RTK 技术大大改变了传统的测量作业模式，在工作效率、人员配置、仪器设备等方面都带来意义深远的变革。省地震局 CORS-系统的建立与应用不仅给地震事业的开展搭建了良好的平台，同时也给其他行业的开展带来了机遇。随着 CORS 系统的不断完善、测量硬件的不断升级和计算分析软件的不断开发，网络 RTK 技术必将成为替代传统测量手段的一种重要测量方式，而省地震局 CORS 系统也将发挥更加积极的作用。