网络RTK和网络RTD系统简介

rtk工作原理
RTK全称为Real-Time Kinematic，即实时动态差分定位技术。

它是一种基于GPS（全球定位系统）的定位技术，具有高精
度和实时性的优势。

RTK的工作原理主要包括基站观测和浮动站观测两个步骤。

首先，基站通过接收来自GPS卫星的导航信号，记录下卫星
的观测数据。

基站同时也知道自己的准确位置。

然后，基站将观测数据传输给浮动站。

浮动站也接收GPS卫星的导航信号，并记录卫星的观测数据。

不同的是，浮动站并不知道自己的准确位置。

浮动站通过与基站传输的数据进行比对，使用基站的准确位置信息对浮动站的位置进行修正。

这个修正的过程称为动差。

在浮动站完成动差修正后，它就能得到高精度的定位结果。

这个过程是实时的，因此可以用于各种需要高精度定位的领域，例如土地测量、建筑工程、机器人导航等。

RTK的高精度定位主要通过对观测数据的相位进行处理来实现。

相位是卫星信号的一个属性，它的变化与信号传输距离的变化相关。

通过对相位的测量和处理，RTK可以实现厘米级
别的定位精度。

总体来说，RTK工作原理是基于导航卫星信号的观测数据和
差分技术实现高精度和实时性的定位。

基站提供准确位置信息
和观测数据，浮动站通过与基站的信息比对进行动差修正，最终得到高精度的定位结果。

一、GPS RTK定位技术GPS实时动态定位（RTK）技术应用于测量领域已经是一项很成熟的技术，使用RTK技术可以方便、快捷、高效、快速地实现高精度的测量作业。

RTK（Real Time Kinematic）技术按实现手段可分为两种：一种以通过无线电技术接受单基站广播改正数的常规RTK 技术；另一种具有代表性的是基于Internet数据通讯链获取虚拟参考站（VRS）技术播发改正数的网络RTK技术。

常规ＲＴＫ仅局限在较短距离范围内，随着流动站与参考站间距离的增长，各类系统误差残差迅速增大，导致无法正确确定整周模糊度参数和取得固定解。

常规RTK解算精度通常仅为分米级，且随着基线的增长而降低。

为了解决常规RTK 技术存在的缺陷，实现区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK技术应运而生，其中比较有代表性的有VRS( Virtual Reference Station)的虚拟参考站技术和FKP(Flchenkorrekturparameter)的区域改正参数法技术。

二、VRS技术的工作原理VRS是Trimble公司提出的基于多参考站网络环境下的GPS 实时动态定位技术，通常把VRS技术归为网络RTK 技术的一种。

虚拟参考站技术就是利用地面布设的多个参考站组成GPS连续运行参考站网络（CORS），综合利用各个参考站的观测信息，通过建立精确的误差模型（如电离层、对流层、卫星轨道等误差模型），在移动站附近产生一个物理上并不存在的虚拟参考站（VRS），由于VRS位置通过流动站接收机的单点定位解来确定，故VRS与移动站构成的基线通常只有几米到十几米，移动站与虚拟参考站进行载波相位差分改正，实现实时RTK。

VRS技术是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体的定位系统，由若干个连续运行的参考站、数据控制中心、移动站（用户——GPS接收机）组成，其工作原理和流程如下：１、各个参考站通过Internet连续不断地向数据控制中心传输观测数据；２、控制中心实时在线解算各基准站网内的载波相位整周模糊度值和建立误差模型；３、流动站将单点定位/或DGPS 确定的位置坐标（NMEA 格式），通过无线移动数据链路（如GSM/GPRS、CDMA）传送给数据控制中心，控制中心在移动站附近位置创建一个虚拟参考站（VRS），通过内插得到VRS上各误差源影响的改正值，并按RTCM格式通过NTRIP协议发给流动站用户；４、流动站与VRS构成短基线。

第04章网络RTK技术和后差分解算技术导言4.1 网络RTK概述网络RTK是CORS系统产生的原因和最主要的使用之一。

目前，我国大多数CORS均由测绘部门或国土部门承建，其主要目的就是进行网络RTK作业，用于测量和测绘工作。

网络RTK从最早的单站载波相位差分发展到今天采用多站进行差分解算，但是各地的CORS不是采用统一的解算方式，目前世界上有多种网络RTK解算技术，其解算的理论基础和方法都不相同，主流的网络RTK差分解算方法包括五种。

下面分别介绍五种网络RTK差分解算方法。

4.1.1网络RTK概念依靠网络将参考站连接到计算中心，联合若干参考站数据解算或消除电离层、对流层等影响，以提高RTK定位可靠性和精度的方法.特点●从RTK的点到参考站覆盖的区域（面）●资源共享：参考站共享，数据共享……●用户界面：统一，可控4.1.2基本原理1.目标：减少或消除误差的影响●电离层延迟：建立区域电离层模型或通过误差内插进行消除。

对流层延迟：模型消除或误差内插消除。

●卫星轨道和钟差：可利用精密星历消除。

2.常规RTK和网络RTK的比较●精度比较●可靠性和可用性的比较4.1.3网络RTK的关键技术1.利用多个参考站观测数据对电离层、对流层、观测误差的误差模型进行优化。

2.多个参考站已知坐标和观测数据快速确定某类整周模糊度值，然后进一步确定误差模型的精细结构。

3.利用上述误差模型和整周模糊度寻找确定流动站的误差修正的算法。

4.利用修正后的流动站观测值和参考站坐标固定流动站整周模糊度。

5.快速、实时性解算技术，结果精度和可靠性的检验。

4.2 主流网络RTK技术4.2.1 VRS技术VRS(Virtual Reference Stations)技术，全称虚拟参考站技术，是由Herbert Landau（兰道）博士提出的基于VRS（Virtual Reference System）理论的虚拟参考站系统，并由Spectra/Terrasat公司推向市场的模型。

网络RTK技术自20世纪90年代初，RTK技术（GPS实时动态定位）问世，改变了GPS只能用于控制测量的局面，使得GPS测量广泛的应用于工程测量。

但是传统的RTK技术存在很多缺陷：比如用户需要在测站区域要设参考站；测量的误差受距离的影响较大，基线长度越长，误差越大，单频接收机允许的基线长度不超过15 km，双频接收机允许的基线长度不超过30 km；初始化时间较长等。

因此网络RTK技术应运而生。

网络RTK技术是指在一定的区域内建立多个均匀分布的连续观测的参考站，融合各参考站的观测数据，建立误差改正模型，并将改正模型发送给移动站，从而实现高精度的实时定位。

目前，许多发达国家已经建立了完善的GPS连续观测系统，在城市数字化的建设中发挥着重要的作用；发展中国家也已经认清当前形势，开始逐步建立自己的GPS连续观测系统。

1 网络RTK技术1.1 网络RTK系统的组成网络RTK是由基准站网、数据处理中心及数据播发中心、数据通信链路和用户部分组成。

基准站网通常不少于3个基准站，应架设在环境良好的地方；基准站上应配有全波长的双频GPS接收机、数据传输设备及气象仪等。

数据处理中心是负责接收各基准站发来的观测数据，并进行融合、处理，实时的计算出基准站网内的各项误差，建立误差改正模型，然后由数据播发中心发送给用户流动站。

数据通信链路分为两种：一种是基准站和数据处理、数据播发中心之间的通信链路，通常是通过光纤、光缆、数据通信等方式连接；另一种是数据播发中心与用户接收机间的通信链路，通常是采用GSM、GPRS、CDMA等方式来实现。

由于现在手机使用便利，且手机都具有上网功能，所以现在一般的工程测量都采用GPRS方式来实现播发中心与用户接收机间的连接。

用户部分，用户只需要配备数据通信设备及其相应的软件即可工作。

1.2 虚拟参考站技术网络RTK技术其中具有代表性的就是虚拟参考站技术（VRS）。

各个参考站将每天观测的数据传输给数据处理中心，数据处理中心进行数据解算，建立误差模型，计算出参考站的载波相位整周模糊度；流动站通过无线电，将流动站大致坐标发送给数据处理中心，数据处理中心经过处理，在流动站附近内插得到一个虚拟的参考站，用户则接收虚拟参考站的改正信息，通过差分解算，达到高精度的实时定位。

一、RTK定位原理概述RTK测量利用的是载波相位差分GPS技术来实时定位的,正是凭借差分改正和载波相位测距两种测量方法才使得动态定位的精度可以达到厘米级.差分GPS技术是利用了基准站与流动站之间空间的相关性来进行差分改正的,从而将定位的误差削弱.标准的差分GPS原理是将基准站架设在高精度的已知点控制点上,通过基准站单点定位确定测站的位置坐标,然后通过实时定位测得的坐标与控制点坐标的比对,从而确定基准站上的定位误差.但在实际生产中,为了提高测量效率,基准站通常也可以架设在未知点上.下文就RTK基准站架设的两种情况进行解释.说明其架设原理.GPS系统定位采用的是WGS-84坐标系,如下图所示.它是一个地心坐标系,所有的GPS接收定位测得的坐标都是基于该坐标系的坐标.换而言之,GPS接收机只能识别WGS-84坐标.但是在实际应用过程中,用户基于定位精度、坐标##、控制变形等原因往往会建立其他坐标系统.这样就涉与到了坐标系统之间的相互转换,所以这就是为何几乎所有的GPS解算软件中都有坐标系统转换程序的原因.现就国内坐标系统的应用为基础,介绍一下RTK测量时坐标系统的转换方法.至今为止,我国使用的平面坐标系统主要有54坐标系统、西安80坐标系统和国家2000坐标系统.这三者之间的本质区别在于采用了不同的椭圆基准.在实际生产中还存在地方独立坐标系统,它是在上述几种坐标系的基础上建立的.高程坐标系统主要有1956黄海高程基准和1985国家高程基准两个系统组成.坐标系统的转换方法主要有七参数、四参数、三参数和一参数等.根据两套坐标系统之间的几个关系可以采用相应的转换方法.RTK测量过程中坐标系统的转换分为平面转换和高程转换两个方面.平面转换主要是采用控制点反算转换参数的方法,根据测区范围和精度的要求采用不同的转换方法.对于涉与到两个不同椭球基准的坐标系统之间的相互转换,一般都采用七参数进行转换,如果测区面积较小,可近似当做平面时〔约10公时范围〕可采用四参数进行转换.GPS高程系统的转换主要是采用高程拟合和似在地水准面精化模型进行高程内插.高程拟合主要有平面拟合和曲面拟合两种方法,平面拟合是在平面内选择至少3个高程控制点,通过GPS测量得到这些控制点的两套坐标,通过两套坐标系统求差可得到每个控制点上的高程异常值.然后根据不同的方法进行内插高程异常值,能过GPS测量,根据GPS高程以与高程异常值可求得测点的正常高.曲面拟合同平面拟合原理相同,只是在曲面内进行内套高程异常值,这种方法更符合实际情况,所以精度也相对较高.差分GPS工作的基本原理是依据地面参考站与流动站之间的空间相关性而建立的.GPS卫星分布在距离地面约两万公里的太空,而地面参考站距流动站之间的距离为几十公里到几百公里之间,这个距离相对于星站距离可以忽略不计.因此,我们认为参考站与流动站周围的空间环境对两个接收机导航定位的影响是等价的.二、基准站架高在已知点上差分GPS系统主要由四部分组成,即GPS卫星、参考站、流动站和通讯设备.基准站架设在已知点上的工作流程一般是：先在具有高精度和可靠性的已知点上架高GPS接收机作为参考站,参考站周围应该视野开阔,观测条件好,在待测点上架设流动站,参考站和流动站同时观测卫星.参考站的接收机在捕捉到卫星信号之后便开始进行自身置解算,然后将解算结果与已知坐标进行对比,求出误差值,然后根据坐标误差反求出每颗卫星的定位误差.由于参考站GPS接收机无法知道流动站接收机所接收到的卫星数量,因此参考站接收机会锁定视野中的所有卫星,并计算出每颗卫星的定位误差,然后按标准格式编制成电码,由通讯链路发送给流动站,流动站接受到电码后,根据自身测站所观测到的卫星进行误差改正,以获得精确的定位结果.三、基准站架设在未知点上基准站架设在已知点上时其原理比较容易理解,但是架设在未知点上时理解起来就稍微有点难度.在坐标系统已经转换完成之后,测区的坐标系统与WGS-84坐标系统之间的转换已经确定了,只要接收机观测到一个WGS-84坐标就会立即转换得到一个地方坐标系坐标值.此时将基站架设在任意位置时,我们只需要用移动站到高精度的控制点上进行一次单点校正即可,这与基准站架设在未知点上有点区别.那么为什么要在已知点上做单点校正呢？能不能不做呢？当基准站架设在未知点上时,我们打开GPS接收机,连接好基准站和流动站之后即使是不做点校正,我们会发现流动照样可以测出测区的坐标.甚至可以利用点放样的方法去寻找控制点.但是我们利用这种方法放控制点时,会发现放出来的位置与控制点实际的位置存在数米的差距.这又是为什么呢？出现这种情况的原因正是因为我们没有做点校正.当坐标系之间的转换参数确定了之后,GPS接收机便可以将接收到的WGS-84坐标转换到地方坐标系中去,这就是为何我们没有做点校正就可以测出测区坐标的原因.之所以测出来的坐标与已知坐标之间存在差距那是因为流动站定位过程中没有接收到有效的差分改正信息,所以定位结果不准.当基准站架设在未知点上时,基准站首先会进行单点定位确定一个基准站的坐标值,以此作为基准站的已知坐标,从而代替了高精度的已知坐标.此时,由于基准站所确定的"高精度已知坐标"与其实时定位得到的坐标都是通过单点定位得到的,因此,之间存在很小的误差,即：差分改正值很小.从而导致流动站定位精度只能达到单点定位的精度.基准站的差分改正信息本质上是GPS单点定位结果与高精度的已知控制点之间的差值,那么通过利用流动站在已知控制点上进行单点校正也可以达到上述目的.此时,可以求出流动站的差分改正值,也称校正参数.然后利用校正参数对基准站的位置进行改正从而得到真正的高精度已知坐标.此时,定位的原理就同RTK相同了.因此,单点校正的实质是求解基准站已知坐标.但这种方法存在一定的弊端.由于基准站的坐标值是用于整个测区差分改正信息求解的基础数据,它的精度决定了测区所有站点的测量精度,会对整个测区造成系统性的偏差.然而,这种方法是利用流动站的差分改正值来推求基准站的已知坐标的,因此基准站坐标的精度取决于校正点距基准站之间的空间相关性.如果,校正点距基准站较远,校正点距基准站之间的空间相关性会降低,从而基准站坐标的精度也会随之降低,反之,亦然.因此,建议基准站架设在已知控制点的附近,周围GPS观测条件良好,以期取得良好的定位结果.。