1、网络 GPS 基站精度的校准方法的研究摘要：通过对网络 GPS 原理的分析，结合检定中的实际情况，对网络 GPS 基站的校准提出一种校准的方法。 关键字：网络；GPS；校准；检定 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 计算机技术和通信技术的发展与应用，给我们测绘技术带来了翻天覆地的变化，由模拟图变成了数据，提高了工作效率和产品质量，大大减轻了测绘人员的外业工作。GPS 技术的应用又给我们测绘带来了一场新的革命，标志着测绘概念的新转变。 GPS 技术由最初的军用到民用，只经过了三年的时间，使用户数剧增，军用只占 1%，目前 GPS 作为新一代的卫星导航定位系统，已在军事
2、、交通运输、测绘、导航、精细农业、林业、资源调查、环境监测、移动通信、气象、医疗救护、公安消防等诸多领域中得到广泛应用。给人们生活带来了巨大变化。所以 GPS 技术的应用有着十分重要的意义。就测绘技术应用有着更加具体的内容和实质： 建立区域性的参考框架； 建立各级平面控制网：以国家 A、B 级和省级 C 级网框架； 建立城市控制网、工程测量控制网，进行各种工程测量； 进行航空摄影测量、地籍测量、工程测量和各种专业测量。 网络 RTK 技术的关键 2.1 RTK 的基本原理 RTK 是根据 GPS 的相对定位概念，将一台接收机安置于己知点，即称基准站，另一台或几台接收机放置在用户移动台，如测量船
3、、挖泥船，同步采集相同卫星的信号，基准站通过数据链实时将其载波观测值和测站坐标信息一起传送给用户移动台。利用相对定位原理，将这些观测值进行差分，削弱和消除轨道误差、钟差、大气误差等的影响，使实时定位精度大大提高。由此可知，RTK 技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。与其它差分不同的是，基准台传送的数据是伪距和相位的原始观测值，用户移动接收机利用相对测量方法对基线求解、解算载波相位差分改正值，然后解算出待测点的坐标。 2.2 网络 RTK 系统工作原理 网络 RTK 系统目前较为成熟的有 LEICA 的主辅站技术和 TRIMBLE 的VRS 技术。 VRS 技术基本原理是：如果在某一
4、大区域内，均匀布设若干个（三个以上）连续运行的 GPS 基准站，构成一个基准站网，我们就可以借鉴广域差分 GPS 和具有多个基准站的局域差分 GPS 中的基本原理和方法，经过有效的组合，移动站将其概略坐标播发给控制中心；然后控制中心搜集周围基准站的数据进行网平差,算出移动站的虚拟观测值；又将这些观测值播发给移动站,从而实时算出移动站精密坐标。这就是 VRS 系统工作原理。 主辅站技术是通过流动站向控制中心传送的概略位置，控制中心根据位置信息自动挑选一个最近的基站将观测值播发给移动站。 2.3 VRS 系统组成及数据流程 整个系统由基准站网、数据处理中心和数据通讯线路组成。(如图一所示) 图一
5、基准站上应配置双频全波长 GPS 接收机，该接收机能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站按规定的采样率进行连续观测，并通过数据链实时将观测资料传送给数据处理中心，其通信方式可采用数字数据网DON 或其他方式。而流动站可以采用数字移动电话网络，如GSM、CDMA、COPD 或 GPKS 等方式向控制中心传送标准的 NMEA 位置信息，告知它的概位。控制中心接收到其信息后重新计算所 有 GPS 观测数据，并内插到与流动站相匹配的位置。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标来判断该站位于哪三个基准站所组成的区域内，然后根据这三个基准站的观测资料求出该流动站处所受到的系统误差，再向流动站发送改正过的 R
6、TCM 信息，流动站根据接收到的 RTCM 信息，结合自身 GPS 观测值，组成双差相位观测值，快速确定整周模糊度参数和位置信息，完成实时定位。流动站可以位 VRS 网络中任何一点，这样流动站的 RTK 接收机的定位系统误差就能减少或削弱，提高了定位的准确度、可靠度。这是一种为一个虚拟的、没有实际架设基准站建立原始基准数据的技术，故称之“虚拟基准站”(VRS)。 由此可知，虚拟基准站法是设法在移动站相距数米或数十米处建立虚拟的“基准站” 。并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟“基准站”上的虚拟观测值，由于虚拟站离移动站相当近，故流动站只需采用常规 RTK 技术就能利用虚拟基准站进行实时相
7、对定位，获得较准确的定位结果。据国外资料报道。当站间距离为 70Km 时，用 VRS 法进行实时动态定位，可以使 RTK 接收机的准确度可达 23cm 量级。 网络 RTK 基站校准的内容和方法 通过网络 RTK 的原理分析可以得知，网络 RTK 是一个系统的工程，很多情况下需要作为一个系统来进行校准。笔者曾对江苏 CORS、苏州VRS、南京 VRS 和徐州 CORS 进行个测试和校准。总的概括起来需要测试的内容主要包括以下几个方面： 1、系统坐标框架测定和精度评定 2、系统功能和连续自动运行能力的测试 3、定位精度测试 4、空间可用性测试 5、时间可用性测试 6、定位服务的时效性测试 7、接
8、收机的兼容性测试 在这里我们只对定位精度方面进行分析。定位精度包括网络 RTK 实时定位精度和事后静态处理精度。 3.1 网络 RTK 实时定位精度校准的方法 选择一台经过省级以上测绘专用仪器计量检定部门检定过的高精度的仪器（如 TRIMBLE 的 R8-3 型 GNSS）作为流动站，坐标系统选择 WGS-84，不进行任何形式的坐标校正，接入待校准的 CORS（或 VRS）中，如果网络 RTK 采用的是 VRS 技术，则将 VRS 网络切换到单基站的模式下进行校准。 3.1.1 内符合精度的校准 在网络 RTK 的作用范围内选择离基站距离为 5KM 以内、10KM 以内、20KM 左右的高精度
9、的控制点（C 级点以上，B（或 A）级点为最佳） ，选择相对应的基站进行实时定位测量。在每个控制点上不断开网络连接进行10 次连续观测（每次采集 30 个历元） ，记录 WGS-84 坐标。分析 WGS-84坐标的变化量，通过公式 1 求出的最大值为内符合精度，内符合精度应当小于等于 1cm。 m0 =（公式 1） vi=Di- D 式中：vi第 i 次读数值与读数平均值之差； Di第 i 次读数； D n 次读数的平均值； n 连续读数的次数； i=1，2，3，n。 3.1.2 外符合精度的校准 在以上控制点进行三次重新开关机观测（每次采集 180 个历元左右） ，记录 WGS-84 坐标，
10、将观测值与已知值通过公式 2 求出的最大值为外符合精度。 = （公式 2） 式中：定位误差，m； Xi测试数据 X 轴方向分量； Yi测试数据 Y 轴方向分量； X0已知点数据 X 轴方向分量； Y0已知点数据 Y 轴方向分量。 外符合精度的最大值应当小于等于 2 倍的标称标准差 （按公式 3求出标准差） 。 = （公式 3） 式中：标准差，mm； a固定标准差，mm； b比例标准差，为 110-6； D所测距离，km。 3.2 网络 RTK 基站的事后静态校准的方法 由于基站是 24 小时不间断工作的，直接下载任意一天的观测数据，求出各基线长度与通过基站控制点的坐标所求出的基线长度进行比较，取最大差值为静态精度。 4 结束语 笔者近几年通过方法，对江苏 CORS、苏州 VRS、南京 VRS 和徐州CORS 进行个测试和校准，测试结果良好，为以后网络 RTK 基站校准积累了经验，提出了一种校准方法。 参考文献 1. 徐绍铨等；GPS 测量原理及应用 ；武汉测绘科技大学出版社；1998 年 2. 翟清斌、张锐等；全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK 检定规程 ；测绘出版社；2010 年 12 月 3. 付辉清、凌模等；JJF 11182004 全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范 ；中国计量出版社；2004 年
