网络GPS与VRS

网络GPS与VRS研发部：鲍志雄摘要：介绍最近几年在网络GPS的标准制定的成果，同时帮助大家认识到现在存在的几种网络GPS的特点，同时介绍了我国国内的情况。

关键词：GPS;GSM;GPRS;VRS;GPSNet;RTK;HTTP;NTRIPGPS的发展历程GPS发展的历程是测量技术发展的过程，让我们来看看GPS接收机发展的过程：导航型GPS接收机GPS接收机诞生，用户只用一台GPS接收机就可以进行单点定位，精度达到15米,无法用于高精度的测量工作，于是诞生了可以收集观测数据以及星历数据的测量型接收机。

静态测量型GPS接收机单频测量型GPS接收机诞生，用户可以使用多台接收机来进行静态测量。

用户用几台接受机同时观测，可以利用误差的相关性，进行厘米级的静态测量，但是却不能在移动中得到较高的精度。

单频测量型的精度很高，但是因为无法解决大气层的误差测量所以距离不能超过20KM,虽然电离层和对流层模型可以改善部分测量结果，但是可信度也只有75%.双频测量型GPS接受机诞生，双频接受机可以很好的解决电离层和对流层的改正，因此距离可以达到20KM.静态测量可以很好的用于控制等部门，但是不能用在移动的载体上，所以发展出来了动态差分模式动态测量型GPS接收机动态差分模式的实现，用户可以一台基准站，多台移动站的模式进行差分测量，精度可以达到1米，在这种模式下，用的是伪距来测量，精度不高，但是可以实现在移动的载体上测量，所以广泛用于海洋测量方面。

动态载波相位测量技术的实现，用户可以使用单频或者双频接收机进行RTK测量，可以达到厘米级精度，在这种模式下，使用的是载波相位测量技术，精度很高，但是基站的建设费用也很高，同时从基准站到移动站用的电台一般都是高频电台，距离远，但是容易受到障碍物的遮挡，影响了实际测量效果。

网络GPS测量方案随着通讯技术的发展，GSM和GPRS网络的建立，为我们的差分改正数据提供了新的传输方式，利用现有的GSM和GPRS网络来传输数据，用户可以省去基准站的发射电台和移动站的接收电台，同时在城市中测量在传输方面更稳定。

但是，基站的费用依然很高，而且众多单位都会购买自己的基站，造成了资源的重复浪费，如果可以由一个组织统一购买基站，然后均匀的分配在城市里，用户只需要购买移动站就可以进行高精度的测量，那该多好，事实上这就是最初的网络GPS的概念，但是后来的发展远远不止如此。

网络GPS技术和特点随着网络化GPS的发展，网络的优势逐渐被人们所看到，他不仅仅局限在为RTK提供用网络来传播差分数据的狭义方式，而是用多台GPS在整个测控区域布网，形成网络布局的GPS站点，这些站点形成了对测区的不间断观测，然后，任何测量单位或者渴望享有这个资源的单位只要一个网络终端就可以获取到整个GPS网络的信息，在上面我们提到用这个网络来建成RTK观测网，任何网络终端只需要购买GPS接受机设备，然后获得登陆这个网络的权限，就可以进行高精度的RTK测量了，不用购买任何的基准站设备，而且可以在这个GPS观测站所覆盖的区域的任何地方都可以进行RTK测量。

不仅仅如此，随着网络RTK技术发展出现了VRS技术，VRS是Virtual Reference Station 即虚拟基准站，这个技术可以在测控区域的任何一个地方虚拟出来一个基准站，就像架设在移动站身旁一样。

这样移动站的初始化固定时间大大缩短。

还有更绝的，网络化的GPS站点将所有资源集中起来，建立一个网站服务器，进行播发和提供下载，这样不仅可以进行移动的RTK测量，还可进行DGPS测量以及静态测量！静态测量，是的，只要用户拿着一台双频静态机，在网络范围内进行观测和采集，然后登陆网站将网络GPS的观测数据下载下来，就相当于一个静态网了。

用户只是购买了一台静态机，工作时却像有几十台，上百台静态机一起工作一样。

1.下面我们以几个图来说说网络GPS基准站点的布设.站点被均匀的布设在控制区内，每两个站点之间距离控制在2倍双频RTK静态的距离之内，当然，布设站点的实际距离和该地区所处位置的大气层活动有密切关系，如果该地区的大气层活动剧烈，则网络布设的要密些，如果该地区的大气层活动较少，则可以相应布设的稀疏些。

2．基于VRS技术的GPS网连接示意图可以看出，整个分为5+1个部分，1).GPS基站数据源2).GPS基站传输3).GPS网络数据处理中心4).GPS客户服务网络5).GPS 移动站附加的部分是GPSServer Web，详细部分下面详细讲解。

3．基于广播方式的网络GPS.可以看出，整个组成由四个部分1).NtripSource2).NtripServer3).NtripCaster4).NtripClient。

问题似乎越来越复杂了，怎么有两种网络GPS，其实这两种GPS是统一的，都是包括了基准站数据源，基准站的传输通道，数据汇集处理中心和移动站接受端，只不过应为彼此在传输方式和建立上有区别，所以有些不同，下面分别就基于广播方式的网络GPS和基于VRS技术的网络GPS作较详细的说明：基于广播方式的网络GPSNtrip这里首先需要解释一下Ntrip的含义，其全称是Network Transport of RTCM via Internet Protocol 是一个通过Internet 网传输全球导航卫星系统(GNSS)数据的协议，该协议是由Timble Terrast 公司与德国多特蒙德大学联合制定的。

这个协议基于HTTP/1.1，GNSS 除了有RTCM外，还包括其他的格式，通过移动IP，Ntrip协议支持无线网络访问如GSM、GPRS、EDGE或者UMTS。

Ntrip 由三个部分组成：NtripClient、NtripServer和NtripCaster,其中NtripCaster实际上是Http服务器，而NtripClient和NtripServer都是HTTP客户机。

下面我们分别就NtripSource,NtripClient,NtripServer,NtripCaster作说明：1．NtripSource就是一个基准站站点提供连续的GNSS数据，那么一个数据源将要提供哪些信息呢？a)站点的位置信息及坐标信息b)站点的节点号（mountpoint）,这个节点号是由NtripCaster统一分配的。

c)导航系统比如是(GPS,GLONASS或者GPS+GLONASS)d)以何种格式播发，比如RTCM2.0,RTCM2.3e)播发哪些类型的数据比如RTCM2.3中的1，3，19f)播发的频率是多少，比如1号1次/秒，3号1次/30秒这些信息都将作为基准站点的资料被保存在数据源表里（Source-Table）.数据源就以上述信息中的格式以及频率提供数据。

2．NtripServer 就是将基准站的数据发送给数据处理中心的服务器它的工作顺序如下：a)要在此之前先要向数据处理中心NtripCaster申请密码和节点。

b)发送由NtripCaster分配的节点号和密码，告诉NtripCaster是我这个节点发来了数据。

c)NtripServer可以向数据处理中心NtripCaster发送数据。

d)每个NtripServer提供一个基站的信息给NtripCaster.NtripServer与NtripCaster的通讯扩展了HTTP协议，增加部分诸如“SOURCE“的信息格式。

3 . NtripCaster 是一个数据处理中心，同时它也是一个HTTP服务器它监听一个端口接收NtripServer或者是NtripClient的数据请求。

所以他需要在所有的NtripSource和NtripClient之前运行。

在NtripCaster上维护着一个SourceTable 就是基准站点的表格，就是曾经向数据中心申请了节点号和密码的NtripSource的信息表格。

数据中心负责这个表格的更新。

这个表格包括下面三个内容：a)第一个内容是关于基准站信息的，就是STR.上面的基准站信息已经作了说明。

b)第二个内容是关于数据处理中心信息的，就是CAS,它包括：NtripCaster的IP地址或者名称如：141.74.243.11端口号如80，是否需要NMEA各式的数据（在VRS技术中描述）等等。

c) 第三个内容是关于网络信息的，就是NET.包括网络服务商的名字，比如数据流的访问保护级别关于网站信息的网络地址关于数据信息的网络地址关于注册的电子邮件或者网站的地址数据处理中心负责给基准站分发节点号，上传数据所需的密码，移动站访问数据所需的密码，安排顺序，统计信息等。

因此，这个HTTP的服务器的设计是基于现存的一个名为“Icecast”的软件来开发的。

这个软件其实我们大家很熟悉，就是在网上听音乐的，其实际作用就是将几百个数据源的数据分发给数以千计连接上的客户机。

当然，数据处理中心重新设计了该软件用来支持GNSS数据，而且速度也不用以前要求那么高，NtripCaster并没有对数据进行任何的编辑或者改动，在Icecast中，有个”*.conf”,用于配置数据中心的设置，例如最大的数据源、最大的客户连接、验证密码等参数。

Ntrip协议继续使用了这个文件，上面我们也说过了，数据处理中心还负责维护数据源表。

数据处理中心有两种版本：标准版和专业版，区别如下：1）.在于处理数据源和分发客户的数量级不同。

标准版支持较少的数据源和客户连接。

2).专业版的管理者还可以进行远程访问，管理者可以通过输入用户名和密码进行远程登录，也可以通过网络浏览器进入Web网站来登陆。

管理者有权限组织数据源的数据，允许或者禁止客户机的访问，还可以剔除数据源，客户机的连接，以及察看所有客户机（包括NtripSource和NtripClient）的统计情况。

3).专业版可以动态的修改数据源表4).专业版可以和其他的数据处理中心连接为了保证数据处理中心的长时间工作正常和准确，网络数据监视器（NtripMonitor）被开发出来，一个数据处理中心至少有三个网络监视器来监视，监视器用来做以下工作1）每分钟下载一次数据处理中心维护的数据源表2）如果下载失败，则尝试连接数据处理中心。

3）如果没有连通数据处理中心，则尝试连接其他地方的服务器。

监视器同时会记录下来这些操作日志。

监视器可以同时监视几个数据处理中心。

作为网络监视器的辅助，有些数据处理中心也可以用本地监视器来监视。

本地监视器不是数据处理中心的一部分，而是一个单独的软件。

它也负责检查数据，在这个基础上生成1）NABU,即通知数据提供方(NtripSource)，当数据处理中心15分钟以上还没有收到数据源的数据，监视器就会用E_mail的形式通知数据提供方，同时，这个信息也会被保存下来供用户从网上下载。