湖區(qū)地形測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通信研究

袁金彪 王立國(guó)

摘 要：運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)RTK和測(cè)深儀相結(jié)合的測(cè)繪方法獲得瞬時(shí)刻水下高程能夠有效地避免水面浪涌、潮汐、水面傾斜和探測(cè)深度動(dòng)態(tài)吃水等因素造成的測(cè)量偏差。與原先的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）載波相位差分技術(shù)模式有很大的不同，網(wǎng)絡(luò)RTK不需要建立基站，設(shè)置控制點(diǎn)，并且不會(huì)受到距離基站遠(yuǎn)近程度的限制。然而，網(wǎng)絡(luò)RTK的高效運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)有著密切的關(guān)系，在面積較大的湖泊中經(jīng)常存在通信信號(hào)較差甚至沒有通信信號(hào)的地方。對(duì)此，本文提出了提升湖區(qū)地形測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通訊信號(hào)質(zhì)量的方案，并且以某個(gè)地區(qū)1：10000湖泊水下地形測(cè)繪項(xiàng)目的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為研究案例，證明了該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：湖區(qū)地形測(cè)量；網(wǎng)絡(luò)RTK；數(shù)據(jù)通信研究；CORS中心

1 引言

原先的湖泊水面以下地形測(cè)繪主要包括兩種類型：第一種，借助以觀測(cè)水位為主，可兼測(cè)降水量等項(xiàng)目的水文測(cè)站觀測(cè)水體自由水面高出固定基面以上的高程（即水位，用Z表示）數(shù)據(jù)，并且在內(nèi)部插值時(shí)間序列獲取到水面高程模型來(lái)觀測(cè)某一時(shí)間點(diǎn)的水面高度。這一方法的準(zhǔn)確程度與水面以下是否有水位站點(diǎn)、湖面的波動(dòng)程度、獲取的水位高程模型精確程度有著十分密切的關(guān)系，這容易使被測(cè)量區(qū)域的實(shí)際水面高程變動(dòng)規(guī)律和水位站點(diǎn)所測(cè)量的水面高程變動(dòng)規(guī)律二者之間不能夠較好地吻合，進(jìn)而存在一定的誤差。第二種，借助測(cè)繪人員自己架設(shè)的RTK不檢驗(yàn)潮水技術(shù)得到觀測(cè)點(diǎn)位的瞬間時(shí)刻大地高程，并且運(yùn)用參數(shù)轉(zhuǎn)變切換或者近似大地水準(zhǔn)面模型計(jì)算出這一觀測(cè)點(diǎn)的正常高程。第二種方法會(huì)受到以下幾個(gè)因素的限制：被測(cè)量區(qū)域周圍有沒有控制高程點(diǎn)，基準(zhǔn)站點(diǎn)與流動(dòng)站點(diǎn)之間的距離遠(yuǎn)近等。目前大多數(shù)工作人員所使用的網(wǎng)絡(luò)RTK未檢驗(yàn)潮水技術(shù)在測(cè)量湖泊水面以下地形時(shí)，不需要架設(shè)水位站、觀測(cè)水位、設(shè)定控制高程點(diǎn)，而且不會(huì)受到和基站距離遠(yuǎn)近程度因素的限制。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)RTK也存在著一定的局限性，其最大的局限性就是會(huì)受到中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)的影響。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK通信原理

RTK是Real-time kinematic的簡(jiǎn)寫，又稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)，是一種實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量的差分方法，它將全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)繪技術(shù)與數(shù)據(jù)傳送技術(shù)相結(jié)合起來(lái)。傳統(tǒng)的RTK技術(shù)是使用者在當(dāng)?shù)仡A(yù)先安置好基準(zhǔn)站，并且提前設(shè)定好基準(zhǔn)站參數(shù)。如若一個(gè)基準(zhǔn)站只向一個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，就將這個(gè)傳輸過(guò)程稱為“1+1”；如若一個(gè)基準(zhǔn)站一同給多個(gè)移動(dòng)站點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，就將這個(gè)傳輸過(guò)程稱為“1+N”。網(wǎng)絡(luò)RTK又叫做多個(gè)基站RTK，是一種在常規(guī)RTK技術(shù)、差分全球定位系統(tǒng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的較高實(shí)用性新型技術(shù)，是在某個(gè)地區(qū)架設(shè)上許多個(gè)基準(zhǔn)站，對(duì)這個(gè)區(qū)域全網(wǎng)覆蓋，進(jìn)行不間斷地追蹤監(jiān)測(cè)，獲得覆蓋這個(gè)區(qū)域和各個(gè)時(shí)間段的RTK修正參數(shù)，進(jìn)而讓這個(gè)區(qū)域中的基站RTK使用者進(jìn)行動(dòng)態(tài)RTK更正的方法。

RTK流動(dòng)站點(diǎn)工作的一般原理是：首先，流動(dòng)站點(diǎn)在工作過(guò)程中會(huì)借助通信網(wǎng)絡(luò)將每時(shí)每刻獲取的坐標(biāo)傳送到連續(xù)運(yùn)行（衛(wèi)星定位服務(wù)）參考站（Continuously Operating Reference Stations，即CORS）中心。其次，連續(xù)運(yùn)行參考站中心將按照使用者坐標(biāo)，結(jié)合其借助參考站網(wǎng)絡(luò)獲得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考站坐標(biāo)測(cè)算出差分校正數(shù)，再借助通信網(wǎng)絡(luò)把差分校正數(shù)傳送給流動(dòng)站點(diǎn)。然后流動(dòng)站點(diǎn)把其本身的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)值和接收的差分校正數(shù)加起來(lái)，算出動(dòng)態(tài)的且精度較高的載波相位觀測(cè)數(shù)值，最后求出精度相當(dāng)高的坐標(biāo)。從上述工作過(guò)程中，我們可以看出網(wǎng)絡(luò)RTK的高效運(yùn)轉(zhuǎn)需要流動(dòng)站點(diǎn)數(shù)據(jù)接收機(jī)器、參考站數(shù)據(jù)接收機(jī)器、連續(xù)運(yùn)行參考站中心系統(tǒng)軟硬件等各個(gè)部分的密切配合，并且這一過(guò)程會(huì)較為頻繁地運(yùn)用通訊網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息數(shù)據(jù)。以江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（JSCORS）為例子，網(wǎng)絡(luò)RTK的通信是借助中國(guó)移動(dòng)公司的通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)即GPRS完成的，使用者需要在流動(dòng)站點(diǎn)端口處放入中國(guó)移動(dòng)公司的SIM卡才可以完成一系列工作。解決方案的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)對(duì)雙向數(shù)據(jù)的傳輸提出了保持連續(xù)穩(wěn)定的要求，除此之外，它對(duì)中國(guó)移動(dòng)公司的通信信號(hào)質(zhì)量也有很高的要求。因而，怎樣有效地解決移動(dòng)通信信號(hào)較差的地區(qū)與外界相互傳輸數(shù)據(jù)問(wèn)題（比如，較大面積的湖泊因?yàn)楹孑^寬，湖泊中心難以有持續(xù)穩(wěn)定的移動(dòng)通信信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸）是一個(gè)較大的湖泊地區(qū)地形測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)難點(diǎn)。

3 提升湖區(qū)地形測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通訊信號(hào)的方案

3.1 有關(guān)硬件

數(shù)據(jù)信息傳輸手冊(cè)內(nèi)部安裝了一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星（Global Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱GNSS）數(shù)據(jù)鏈組合模塊，這種模塊能夠在確定位置后對(duì)連續(xù)運(yùn)行（衛(wèi)星定位服務(wù)）參考站服務(wù)參數(shù)、Internet Protocol地址、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口號(hào)碼、使用者名稱、密碼等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。與此同時(shí)，它還安裝了通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（GPRS）模塊和內(nèi)設(shè)了客戶識(shí)別模塊（Subscriber Identity Module，即SIM卡），它能夠通過(guò)通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)模塊亦或Wireless Fidelity（即WIFI）技術(shù)與連續(xù)運(yùn)行（衛(wèi)星定位服務(wù)）參考中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并接收差分校正數(shù)。數(shù)據(jù)廣播電站是一種功率較大的可以調(diào)節(jié)頻率的無(wú)線電設(shè)備，傳輸距離可以達(dá)到20km以上。

3.2 工作原理

由于面積較大的湖泊中心的通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)通信信號(hào)比較弱，我們可采用一種方法來(lái)避免在被測(cè)量區(qū)域運(yùn)用通用分組無(wú)線服務(wù)通信技術(shù)。我們可以把數(shù)據(jù)信息傳輸手冊(cè)安放在移動(dòng)設(shè)備信號(hào)持續(xù)穩(wěn)定的湖泊兩側(cè)區(qū)域，接受傳輸過(guò)來(lái)的差分校正數(shù)。借助數(shù)據(jù)廣播電臺(tái)將接收的數(shù)據(jù)用廣播播放出來(lái)，然后傳播給湖泊中心正在完成測(cè)繪工作的各條測(cè)船。如若湖泊兩側(cè)區(qū)域與測(cè)量點(diǎn)所在地區(qū)距離較遠(yuǎn)，可在兩個(gè)站點(diǎn)中間多架設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，使其發(fā)揮數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的作用。這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式既確保了和連續(xù)運(yùn)行（衛(wèi)星定位服務(wù)）參考站中心進(jìn)行持續(xù)可靠的數(shù)據(jù)傳送，又可以降低對(duì)流動(dòng)站點(diǎn)的通訊質(zhì)量要求。這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式把信號(hào)傳送由連續(xù)可靠雙方向通信切換成單方向通信，使網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能夠暢通且沒有障礙地在通訊信號(hào)比較微弱的地區(qū)運(yùn)用。

4 測(cè)試案例

為了檢驗(yàn)和證實(shí)提升湖區(qū)地形測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通訊信號(hào)方案的實(shí)際可行性和正確與否，本文選取某個(gè)地區(qū)1：10000湖泊水面以下地形測(cè)繪項(xiàng)目的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為研究案例，完成了以下2個(gè)測(cè)試。

測(cè)驗(yàn)隨機(jī)抽取該地區(qū)湖泊水域部分測(cè)量線路四條，每條測(cè)量線路約4千米，50個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。分別運(yùn)用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK方法與本文所描述的改良網(wǎng)絡(luò)RTK方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)驗(yàn)從數(shù)據(jù)的連續(xù)性、固定解點(diǎn)數(shù)等幾個(gè)層面檢驗(yàn)方案的實(shí)際可行性。選擇湖泊控制點(diǎn)，使用改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)RTK方法檢測(cè)各控制點(diǎn)，從檢測(cè)結(jié)果看出，此方法的RTK成果滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果能夠明顯地看出改良方案在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)數(shù)據(jù)通信質(zhì)量的穩(wěn)定性有了明顯地提升。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文所描述的網(wǎng)絡(luò)RTK改良方案將湖區(qū)地形測(cè)量對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求降低，各個(gè)模塊的相互配合能夠確保差分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使流動(dòng)站點(diǎn)能夠正常完成工作，同時(shí)并不損害數(shù)據(jù)的精度，使得數(shù)據(jù)的通訊穩(wěn)定性也大大地增強(qiáng)，彌補(bǔ)了信號(hào)較弱地區(qū)數(shù)據(jù)通信的空白，為面積較大的湖泊水下地形測(cè)繪提供了一種可操作的方法。

參考文獻(xiàn)：

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