基于HBCORS系统的网络RTK在1∶10 000像控作业中的应用

陆卫东 ,洪春晓 , 周华明 ,陆 豪

（1.湖北省测绘工程院，湖北 武汉 430074；2.湖北省航测遥感院，湖北 武汉 430074）

传统的RTK技术是对动态用户进行实时相对定位的技术，是建立在流动站与基准站误差强相关这一假设的基础上的。我们在进行常规RTK测量时，基准站将自己获得的载波相位观测值，通过数据通信链实时发送给在基准站周围游动的动态用户。然而，当流动站与基准站之间的间距逐渐增加时，其误差相关性就变得越来越差，导致其难以正确确定整周模糊度，从而无法获得固定解。传统的RTK技术采用无线电传递信号，距离过远时流动站信号弱，而且有其他信号源的干扰，特别是山区及城区高大建筑的遮挡，根本无法接收到信号。为了获得高精度定位且不受地形条件限制，利用现代计算机技术、数据通信和互联网（LAN/WAN）技术组成的网络RTK技术便诞生了。

1 CORS系统简介

CORS系统是连续运行参考站（continuously operating reference stations）的简称。通过在目标区域内建立一定数量连续运行的永久性基准站，利用通信、计算机、卫星定位等技术，由网络互联构成网络化的GNSS参考站，从而向不同类型、不同需求、多层次、差别化的用户实时自动提供经过检验的不同类型的观测值、各种改正数、状态等空间位置、时间信息的综合服务；并逐渐发展成为城市空间数据服务的基础设施，广泛运用于国土测绘、地震地质灾害监测、导航安保监控、城市建设规划、气象预报防灾减灾、农业精细化等领域。

2 HBCORS系统建设及特点

在湖北省境内，现有的CORS站是由不同部门和单位根据本行业需要建立的。其主要有武汉市勘测设计研究院于2005年建设的武汉城市CORS系统，该系统2008年扩容到鄂州，主要用于城市规划、国土管理、市政建设测绘；武汉大学建设的主要用于教学科研的CORS系统以及省内宜昌、襄阳、荆门等市建设的小区域的参考站系统和独立的基准站。这些或专业、或独立的基准站，只能满足某些特定的项目和小区域的需要。

这些小而散的独立基准站，不仅设站条件、接收设备不一致，而且技术要求，精度标准也不同。湖北省级CORS系统要建成各地区、城市及专业级CORS的坐标参考框架，以保证全省范围内采集的数据信息坐标系统的一致和数据共享，能提供最大范围、功能最全、高精度的定位服务。因此，充分考虑区域可选、可升级的因素，在专业和地区级系统的基础上，以更高一级的技术标准、服务类型、产品种类，进行升级互联，经过一系列的实时定位精度、空间可用性、时间可用性及定位服务的时效性等测试后，形成省级CORS系统。

3 HBCORS与网络RTK

HBCORS系统由散布在全省范围内的基准参考站子网、系统控制中心、数据通信系统、用户应用系统、用户数据中心组成。工作流程如图1所示，每个参考站之间和数据处理中心之间通过网络连接，其工作流程是数据中心从参考站采集数据，经过参考站网的软件处理，再向各个用户自动提供数据服务。

网络RTK也被称为多参考站RTK，是建立在HBCORS系统基础设施不断完善的基础上的。其系统服务技术主要可分为：虚拟参考站技术（VRS）、主辅站技术（MAX）和区域改正参数技术（FKP）。其中，VRS是最有发展前途的技术，目前国内很多地方，包括湖北省都是基于VRS技术建立了自己的连续运行卫星定位服务系统。

图1 CORS系统工作流程

VRS是目前应用比较广泛的精确定位技术，跟常规RTK不同的是，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将全部的原始数据经过数据通信线发给CORS控制中心。与此同时，外业测量用户在工作前，先利用手机GSM的短信息功能向控制中心发送一个确认信息，也就是测量用户即时的概略坐标。CORS控制中心接收到这个位置信息后，根据用户位置，由CORS控制中心的计算机，自动选择一组最佳的测量用户附近的固定基准站，再根据这些参考站发来的信息，整体改正 GPS轨道误差、卫星钟差、接收机钟差、电离层、大气对流层和大气折射等引起的误差，再将高精度的差分信号传回移动站。

VRS的工作流程通俗地讲，就是利用分布野外的各基准站的坐标和实时观测数据解算目标工作区域的实时误差模型,再用一定的数学模型和流动站概略坐标,在待求点附近模拟出一个流动站的虚拟参考站的观测数据,并建立观测方程进行双差处理，解算虚拟参考站至流动站间的超短基线，其间距可能只有几米到几十米。这个差分信号的效果，相当于在移动站附近生成了一个虚拟的参考基站，这个虚拟参考站的数据和流动站本身观测数据进行差分计算，解决了常规RTK作业的距离限制和信号随距离增加而减弱的问题，并能获得高精度的数据成果。

4 网络RTK技术在1∶10 000像控测量中的应用

4.1 像控点的布设

测区共分成17个区，在东边丘陵、山地接合部，布设为1条单航带，每隔8条基线布设1对高程点，共布设了6对12个平高点；测区其余部分布设为大小不等的16个区域，自西向东共布设7个标准区域，每个区域跨16条基线，旁向跨度均为6条基线，布点方案如图2所示；其余为非标准区域，东边部分区域跨6条基线，旁向跨度均为6条基线；西北角部分区域跨8条基线，旁向跨度均为3条基线，布点方案如图3所示；根据本项目设计书的要求，每个区域均按周边8点法布设平高点，周边点均布出图幅外，航线两端的控制点左右偏离均不大于0.5条基线。为了保证成图精度，在测区四周及中间航线布设了高程点，南北航线每隔4条基线布设了1个高程点，中间航线每隔4条基线布设了1个高程点，每条航线两端均布设了高程点。

图2 平地、丘陵地区布点示意图

图3 山地、高山地地区布点示意图

4.2 观测方法

所有平高点和高程点的野外施测均利用已建成的HBCORS系统网络RTK方法测量。所用仪器为4台套Trimble 5800 II单频接收机，采用RTK作业模式。观测前进行星历预报，选取每天中的最佳时段进行观测，每点观测测回数均大于3次，每测回均对仪器进行初始化操作，数据采样率均设为1 s，模糊置信度设为95%以上；控制点的平面收敛精度≤3 cm,高程精度收敛≤5 cm。观测历元数均为30,观测值均在获得网络RTK固定解且收敛稳定后开始记录。

各次观测均满足下列要求：卫星截止高度角≥15°，记录采样间隔为1 s，有效观测卫星数≥5 ，几何卫星强度精度因子PDOP≤4，观测历元≥30。

4.3 联测已知点检核情况

在测区的四周及中间联测了8个已知点，分别为A720﹑B037﹑C047﹑D723(老苍台)﹑E796（耿集）﹑T096﹑F725和H120，平面等级为C级，1980年西安坐标系，3°带成果，中央子午线111°，其中A720﹑B037﹑C047﹑D723﹑E796﹑F725和H120 七个点有水准高程，高程系统为1985国家高程基准，等级为三等，检核精度均满足要求。具体精度比较见表1。

表1 联测已知点精度比较 /m

4.4 坐标数据精度分析

本测区GPS网为整体网，按E级网的标准构成，东部与航测遥感院接边。由于航测遥感院采用的是静态GPS测量，鉴于作业方法的不同，为增加可靠性和检核兼容性，作业时联（复）测了航测遥感院与我院测区结合部的3个同名像控点G485、P572和G460，检核精度均满足规范要求。具体精度比较见表2。

表2 联测航测遥感院同期作业像控点的精度比较/m

5 网络RTK系统的技术优势

在野外作业时，网络RTK与常规的RTK相比，具有明显的技术和科技优势，其主要表现为：

1）费用低，无需前期踏勘找起算点，节省了时间和人工成本，降低了前期费用。

2）效率高，不用顾及测区起算点的位置是否均匀和是否覆盖测区，无需架设自己的参考站，省去了频繁搬站的麻烦，减少了野外值守人员，节约了搬站和架设参考站的时间。

3）网络覆盖区域内精度均匀，由于不受距离限制，作业范围更广，避免了随距离增大而精度降低的问题。

4）可靠性好、精度高，可以进行事后精密定位，精度可达mm级。

5）应用领域更为广泛，可应用于城市规划测量、城市管理、工程监控、机械控制以及农业、气象环境、生态保护等诸多领域。

6 结 语

HBCORS系统的建立，为湖北基础测绘提供了一个即时、可靠的数字化空间参考站框架。基于HBCORS的网络RTK技术，在小比例、大范围、复杂地形地貌的控制测量中，充分发挥GPS相对定位的优点，克服了常规RTK技术中单点定位精度呈线性衰减的不足，代以区域型的GPS网络覆盖（也就是多个连续运行GPS参考站网络），进而确定一个地区的GPS模型误差，经校正后大大提高了可靠性，使得有效作业范围更大，工作效率更高，作业成本进一步降低。

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