厦门市网络RTK建设研究

摘要： 在网络GPS系统下，运用VRS技术，对一个地区的系统误差进行模型化，更好地削弱误差影响，并使GPS精度在网内均匀分布，增强了系统可靠性。通过对国内外网络RTK与传统RTK的应用对比研究分析，为网络RTK在厦门的建设、推广应用提供理论及实践依据。

Abstract： In the network GPS system， using VRS technology to carry out modeling for system error of an area， effectively weaken error influence， and make the accuracy of the GPS uniform distribution in the net， enhance system reliability. Through the contrast analysis of application of domestic and foreign network RTK and traditional RTK， providing theoretical and practical basis for network RTK in construction and popularization of Xiamen City.

关键词： GPS；网络RTK；VRS；FKP

Key words： GPS；Network RTK；VRS；FKP

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）28—0202—03

0 引言

厦门地处台湾海峡西岸，属于地震多发地区，对于防震减灾工作有着很高的要求。建立一套行之有效的防震减灾工作系统迫在眉睫。同时，近几年来，由于厦门市建设海湾型城市的步伐加快，整个城市基础建设出现了大发展、大改造的如火如荼的火热场面，随着建设“海峡西岸经济区”构想的进一步提出，基础建设力度及广度都势必进一步加大。如此大规模的建设不可避免地造成了对测绘基础控制点的破坏，使得测绘工作中缺少必要控制点的情况时有发生，给测绘日常工作造成极大的不便。为了解决以上矛盾，笔者通过对国内外网络RTK发展及应用成功先例的介绍，结合厦门市城市基础建设及测绘基础控制网现状的分析，提出建设基于GPS连续观测站台网的厦门市网络RTK。

1 GPS连续观测

通过建立GPS连续观测站台网能够为防震减灾决策工作带来充足的数据与信息。GPS连续观测是在固定的台站上建造GPS观测墩，架设GPS观测仪器进行连续观测，观测资料通过通信网络实时或每天定时传输到数据中心，及时提供地壳块体和活动构造在时间尺度上连续形变的信息。

GPS连续观测的技术指标为：点位坐标年变化率测定精度，水平优于2mm，垂直优于3mm；如联测绝对重力，测定精度优于5×10—8m·s—2；如联测相对重力，相对重力连续测定精度优于5×10—8m·s—2，流动重力测定精度优于15×10—8m·s—2；如联测水准，测量精度不低于国家二等水准。

GPS连续观测站主要仪器设备包括：GPS接收机、气象设备、计算机、有线通信设备（有条件的基准站增设卫星通信设备）、双源（如太阳能、市电）供电设备、防雷设备、仪器集成机柜。

GPS连续观测站应具备正常运行的条件，特别是应具有良好的数据传输条件和一定的生活条件。观测墩应建在稳固的基岩上，用钢筋混凝土现场灌制。天线应稳定地架设在观测墩上，天线定向线应指向正北，定向误差不大于±5°。

2 网络RTK介绍

为了解决传统RTK的技术缺陷问题，实现作业范围内实时动态定位精度达到厘米级且均匀分布，人们在20世纪90年代中期提出了网络RTK技术。1995年瑞典与丹麦之间奥雷桑特海峡跨海工程中台站网测量技术首次得到应用。网络RTK的整个系统由基准站网、监控分析中心、数据传输系统、定位导航数据发播系统、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。

通过在GPS连续观测站台网的基础上添加数据发播系统和用户应用系统，就能够利用GPS连续观测站台网的优良基础，多快好省的建立一套厦门市网络RTK系统，服务于防震减灾工作及城市基础建设及测绘基础控制。

3 网络RTK的技术实现方式

目前应用较广的网络RTK技术有虚拟参考站（即Virtual Reference Station，缩写为VRS）和区域改正参数法 （即Flchen korrektur parameter，缩写为FKP）技术。其各自的数学模型和定位方法有一定的差异，但在基准站架设和改正模型的建立方面基本原理是类似的。下面就两种主要技术方式做简要介绍。

3.1 VRS系统 VRS系统由VRS基准站（至少3个）、系统控制中心、用户数据处理中心、数据通信网络、用户应用子系统（即移动站通讯终端）四个子系统组成。系统组成如图1所示。

3.1.1 VRS基准站 VRS基准站是VRS系统的数据源，各基准站用双频GPS接收机获取卫星的载波相位、伪距等原始数据观测值，并通过专用数据传输网络实时地将数据传到控制中心。

3.1.2 VRS系统控制中心 系统控制中心作为整个系统的核心部分，运行有VRS解算软件，担负着控制、监控、下载、处理、发布和管理各基准站GPS发来的原始数据。同时还要计算网络RTK改正数据，生成并向用户发布各种格式的实时产品。

3.1.3 用户应用子系统（移动站） 按照应用领域，可分为测绘与工程用户（厘米、分米级），车辆导航亚米级用户系统，米级用户系统等。

3.1.4 实时数据通信网络 数据服务中心的通信链路采用GSM、CDMA或GRPS数据通信与移动用户通讯。实时传输RTK改正数到流动站用户。

3.2 VRS网络系统工作原理和流程：①每个基准站都通过专用传输网络将观测数据传到系统控制中心；②控制中心通过实时在线解算各基准站观测数据并建立误差模型；③移动站将测得的位置坐标通过无线网络（如GPRS、CDMA等）传送给控制中心，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正GPS的轨道误差，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发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考站（VRS），虚拟参考站到流动站的距离一般为几米到几十米之间，通过内插的方式计算得到各误差源的改正值，并将这一改正值通过无线网络（如GPRS、CDMA等）发给移动站；④移动站与虚拟参考站之间构成一条短基线，移动站接收到控制中心发送的差分改正信息或者虚拟观测值，通过差分解算可得到移动站厘米级的精确位置。

3.3 FKP技术介绍 FKP系统和VRS系统一样都是由VRS基准站、系统控制中心、用户数据中心、用户应用子系统（即移动站）、实时数据通信网络五个子系统组成。区别在于在最后定位方法上有所不同，VRS技术是利用虚拟观测值和移动站观测值做单基线解算，FKP技术则是利用改正后的观测值做单点定位解或加入各基准站做多基线解，也可以说VRS在确定虚拟参考站的观测数据时就是一个FKP定位的反解。

4 应用范例介绍

当前，国内各省市建成或在建的网络RTK有：深圳，北京，上海，武汉，苏州，福州，合肥等城市。限于篇幅，本文以四川地震局建设并投入运行的CDVRS系统为例来介绍网络RTK的应用情况。

CDVRS系统由四川省地震局于2002年11月开始建设，2004年07月建成，2004年10月完成精度评定，2005年6月开始投入商业运行，前后共花了3年多的时间，现在已商业化运营。该系统包含了13个地面连续运行基准站，站间距最小42km，最大118km，平均82km。基准站数据传输全部采用DDN光纤，光纤到点，基准站采用了天宝公司的Trimble 5700和徕卡公司的1200 Pro双频CORS接收机。软件方面采用四川省地震局与西南交通大学联合研制的基于VRS技术的VRSNet系统。目前，网络RTK有效服务面积达4.5万km2，覆盖了四川省重点开发区域（成都平原地区和川南地区）。

2006年1月至4月间，四川省地震局对CDVRS系统的RTK精度进行了第二次评定，结果表明，RTK作业水平方向的精度能够在达到2.5cm，竖直方向精度能达到4.5cm，并且在网内精度均匀分布，不像传统RTK一样随距离改变。网外50km后，RTK精度才开始快速衰减。

5 厦门VRS系统建设思路

厦门市位于东经117°53′—118°27′、北纬24°25′—24°55′，地处我国东南沿海——福建省东南部、九龙江入海处，背靠漳州、泉州平原，濒临台湾海峡，面对金门诸岛，与台湾宝岛和澎湖列岛隔海相望。地势由西北向东南急剧倾斜，形成丘陵和带状平原，岛上以丘陵为主，最高峰为云顶岩山，海拔1175米的。厦门市由厦门岛、鼓浪屿、内陆九龙江北岸的沿海部分地区以及同安等组成，陆地面积约1565平方公里，海域面积300多平方公里，下辖思明、湖里、集美、海沧、同安和翔安6个区。

按照网络RTK作用范围，平均站间距离可以达到50—70公里，考虑到厦门属丘陵地区，地形起伏变化较大，为保证精度，根据厦门市的实际情况对基准站进行加密。目前已有一个位于厦门岛鸿山公园内24小时连续观测的地震监测台，若在海沧天柱山、同安梅山、虎仑山、翔安大嶝岛、罗田分别布设一个GPS连续观测站，可建成网内面积1410平方公里的的GPS网络，可基本覆盖厦门市全境。站间距离最长33公里，最短16公里，平均距离27公里，远小于50—70公里的常规距离。如图2所示。

厦门市连续运行的网络RTK系统内，通过数据通信网络可24小时连续地向各类需要测量和导航的用户提供厘米级的定位精度的信号。将彻底改变传统的平面控制测量方法，今后的控制将不再需要布设大量的测量控制点，大面积的控制测量也不需要采用分级布网、逐级控制的传统测量模式。若利用厦门地区已有的一等水准网、重力网，对厦门地区进行高精度的大地水准面精化，GPS技术结合高精度、高分辨率大地水准面模型，将可以取代传统的水准测量方法测定正常高，真正实现GPS技术在测绘上高精度、快速地三维定位。以满足全市绝大部分地区直接使用RTK仪器进行动态测绘的要求。

对需要更高精度的用户，可通过授权获取系统各基准站原始观测记录数据、星历数据和原始气象数据等。通过GPS差分后处理，可获得毫米级的高精度定位成果，可用于地表沉降及高层建筑物的形变监测、城市地壳形变监测等。

对于大多数流动站用户来说，不需要再单独架设自己的基准站，只需要购置一台GPS接收机再加上其他无线数据通讯工具或系统，就可以满足不同行业用户对精密定位、快速定位、实时定位以及导航的要求。

同时，在防震减灾方面，建成的GPS连续观测台网，利用IGS数据和精密星历解算处理GPS连续观测台网数据，可以获取同一坐标系（此为92厦门坐标系）中各站的坐标及其变化，得到站点点位位移、位移速率结果及点位变化时序图等数据资料。在大震发生前后，可启动应急观测方案，实时获取GPS连续观测台网观测资料并进行处理，为灾害的预测或救灾服务。

6 结束语

网络RTK系统不仅仅是GPS的产品，而是集Internet技术，无线通讯技术，计算机网络技术和GPS技术一身的系统，是当代GPS发展的热点之一。以厦门市GPS连续观测站台网为基础的建设厦门市网络RTK系统，将给地表沉降及高层建筑物的形变监测、城市地壳形变监测、控制测量、地形测量、工程设计放样等行业提供比传统RTK更加先进的测量手段，也将会为厦门市的基础建设提供有利条件。同时，由于利用原有GPS观测台站，避免了基站的重复建设，极大地节省了经费，缩短了建设时间。

参考文献：

[1]刘晖等.深圳市连续运行卫星定位服务系统的建立与试验[J].测绘通报，2003（9）：33—36.

[2]戴连君等.北京市全球卫星定位综合应用服务系统[J].测绘通报，2004（8）38—41.

[3]吴俐民.昆明市连续运行GPS参考站系统的研究及建设.测绘科学，2006（3）.

[4]王平.虚拟参考站一GPS网络RTK技术.测绘通报，2001.

[5]马振利，吉长车，白建军.VRS RTK在地籍测量中应用.辽宁工程技术大学学报，2006（03）.

[6]陈文通.VRS—GPS网络RTK技术及其应用.福建建设科技，2006.

推荐访问:厦门市 建设 研究 网络 RTK