網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解的原因分析及控制措施

楊 洋 呂繼書 胡 賢 史慶偉

中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量(Real Time Kinematic,RTK)技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù),它可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)?，F(xiàn)依托于連續(xù)運(yùn)行(衛(wèi)星定位服務(wù))參考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成的一種移動(dòng)定位測量技術(shù),即網(wǎng)絡(luò)RTK,已廣泛應(yīng)用于工程測量過程中,并起到了非常重要的作用[1-4]。網(wǎng)絡(luò)RTK不僅具有實(shí)時(shí)、快速、動(dòng)態(tài)定位等特點(diǎn),而且不受同時(shí)條件影響,因此網(wǎng)絡(luò)RTK已經(jīng)廣泛用于低等級的控制測量、斷面測量、地形測量中。

相較于單基站RTK,網(wǎng)絡(luò)RTK具有幾方面優(yōu)勢[5]:增加有效工作范圍、縮短初始化時(shí)間;網(wǎng)絡(luò)RTK為連續(xù)基站,用戶不需單獨(dú)架設(shè)基站便可直接進(jìn)行測量,簡單方便快捷,大大提高了傳統(tǒng)單基站作業(yè)模式的工作效率;通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)RTK賬號密碼,用戶僅需一個(gè)流動(dòng)站即可直接測量;網(wǎng)絡(luò)RTK具備的完善數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),有效消除系統(tǒng)誤差和周跳,增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性;使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式,減少了噪聲干擾;基準(zhǔn)站按規(guī)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)測量后,用戶可同時(shí)獲取觀測點(diǎn)的多種坐標(biāo)系統(tǒng)成果。

全國所有地市均已建或正建該區(qū)域內(nèi)的CORS系統(tǒng),不少地市也已建立了市級范圍內(nèi)的CORS系統(tǒng)。市場上,某公司已開始著手建立覆蓋全國范圍的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù),現(xiàn)已覆蓋了我國大部分區(qū)域,特別是東南部地區(qū)覆蓋完整。相信未來幾年,全國各區(qū)域均可以實(shí)時(shí)、快捷地使用網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)。目前,在網(wǎng)絡(luò)RTK使用過程中,仍存在一些問題,主要集中于在流動(dòng)站使用中,經(jīng)常無法完全固定或者無法獲取固定解。本文就網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解的原因進(jìn)行分析,并提出相應(yīng)的控制措施,以提高網(wǎng)絡(luò)RTK在使用過程中處理常見問題的能力,使其服務(wù)于生產(chǎn),提高外業(yè)工作效率。

1 網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理及構(gòu)成

1.1 網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理

網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理是在區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)網(wǎng)狀分布的基準(zhǔn)站,在連續(xù)觀測后,采用廣域差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)和多基準(zhǔn)站局域差分GNSS的基本原理及方法來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算,從而消除或削弱各種系統(tǒng)誤差的影響并獲得實(shí)時(shí)實(shí)地的RTK改正參數(shù),獲得高精度的定位成果。

網(wǎng)絡(luò)RTK由連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)、控制中心、數(shù)據(jù)通訊和流動(dòng)站組成。連續(xù)運(yùn)行參考站按規(guī)定的采樣率進(jìn)行連續(xù)采樣觀測,并實(shí)時(shí)地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)娇刂浦行?再通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸給用戶流動(dòng)站,用戶流動(dòng)站將獲得的各觀測值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理,獲取基準(zhǔn)站和用戶流動(dòng)站基線向量(ΔX,ΔY,ΔZ);基線向量加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到每個(gè)觀測點(diǎn)WGS 84坐標(biāo),再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換獲得每個(gè)觀測點(diǎn)的平面坐標(biāo)X,Y和正常高H[6-7]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)RTK構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)RTK構(gòu)成圖見圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)RTK構(gòu)成圖

1.2.1 連續(xù)運(yùn)行參考站

基準(zhǔn)站網(wǎng)由若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站組成,站與站之間的距離按規(guī)則進(jìn)行分布,每個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站配置若干臺固定的GNSS接收系統(tǒng),具有規(guī)模化、定位服務(wù)實(shí)時(shí)化等特點(diǎn)?；鶞?zhǔn)站與控制中心之間經(jīng)過數(shù)據(jù)通訊相連,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到控制中心,最后通過控制中心實(shí)時(shí)與各用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)互通[8-10]。

1.2.2 數(shù)據(jù)通訊

數(shù)據(jù)通訊是連續(xù)運(yùn)行參考站與控制中心之間連接的重要紐帶。它將連續(xù)運(yùn)行參考站數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地傳輸?shù)娇刂浦行?同時(shí)通過控制中心與各用戶之間的通訊網(wǎng)絡(luò)將校正參數(shù)快速準(zhǔn)確地傳送給用戶流動(dòng)站。網(wǎng)絡(luò)RTK的數(shù)據(jù)通訊運(yùn)行分為單向方式和雙向方式,其中單向方式時(shí)用戶從控制中心獲得一致的校正參數(shù),而在雙向方式中,用戶需將用戶流動(dòng)站單點(diǎn)定位位置傳送給控制中心,由控制中心實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出校正參數(shù)并通過移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶,如虛擬參考站雙向VRS技術(shù)等。

1.2.3 控制中心

控制中心是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)RTK核心,既是數(shù)據(jù)處理中心,又是通訊控制中心。控制中心的通訊主要包括與連續(xù)運(yùn)行參考站之間的有線通訊及與移動(dòng)用戶之間的無線網(wǎng)絡(luò)通訊兩種,其中有線通訊如光纜通訊線等,無線網(wǎng)絡(luò)通訊如GSM等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊方式等?？刂浦行牡能浖〝?shù)據(jù)處理軟件和系統(tǒng)管理軟件兩部分,通過計(jì)算機(jī)等介質(zhì)實(shí)時(shí)且系統(tǒng)地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

(1) 素填土(Q4ml) ①：土黃-黃褐色，為新近人工堆積形成，松散、濕，由含碎石粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r碎塊組成，碎塊粒徑1～6 cm，厚度2.5～5.0 m，主要分布于滑坡前緣擋土墻后。

1.2.4 用戶流動(dòng)站

用戶流動(dòng)站就是各用戶在各觀測現(xiàn)場使用的測量設(shè)備,該設(shè)備由移動(dòng)RTK測量儀器并配備承載無線通訊的必需設(shè)備組成。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解原因分析

從圖1可看出,連續(xù)運(yùn)行參考站、數(shù)據(jù)通訊、控制中心以及用戶部分等四個(gè)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián),環(huán)環(huán)相扣,任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解。

2.1 連續(xù)運(yùn)行參考站

連續(xù)運(yùn)行參考站選址和采用設(shè)備嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行,所選位置都是對衛(wèi)星觀測影響較小或沒有影響的區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)公司需定期檢查連續(xù)運(yùn)行參考站,確保其正常工作。一般情況下,連續(xù)運(yùn)行參考站都是正常工作的,但在連續(xù)運(yùn)行參考站維修、升級的情況下,連續(xù)運(yùn)行參考站無法工作,會(huì)導(dǎo)致用戶流動(dòng)站無法獲取固定解或無法測量的情況[11-12]。

2.2 數(shù)據(jù)通訊

連續(xù)運(yùn)行參考站與控制中心一般采用專線網(wǎng)絡(luò)或比較穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)模式的數(shù)據(jù)通訊?？刂浦行呐c用戶部分的網(wǎng)絡(luò)通訊可變因素很大,這部分的數(shù)據(jù)通訊對于網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解的影響很大。目前,常用的4G網(wǎng)絡(luò)模式,在條件好的區(qū)域,可以長時(shí)間保持4G網(wǎng)絡(luò)模式,不會(huì)變更成3G、2G模式,在這種條件下,數(shù)據(jù)通訊對于網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解影響比較小。但在山區(qū)、人煙稀少的區(qū)域,網(wǎng)絡(luò)模式經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)4G模式與3G、2G模式互換情況,導(dǎo)致用戶流動(dòng)站無法獲取固定解或無法測量的情況[13]。

2.3 控制中心

控制中心由固定的硬件設(shè)備及相應(yīng)軟件組成,需要定期檢查與維護(hù),一般情況下都會(huì)正常工作。

2.4 用戶流動(dòng)站

在連續(xù)運(yùn)行參考站、數(shù)據(jù)通訊與控制中心都正常的情況下,用戶流動(dòng)站無法獲取固定解,就是用戶部分存在問題,即RTK流動(dòng)站存在問題,這也是實(shí)際工作中常遇到的問題。對于用戶部分,主要存在以下可能性:

1)設(shè)備是否正常工作，所使用GNSS接收機(jī)是否能正常接收衛(wèi)星、所使用手簿是否能滿足網(wǎng)絡(luò)RTK的要求。

3)網(wǎng)絡(luò)RTK使用的賬號、密碼、IP地址及端口號是否正確,連接時(shí)使用的域(節(jié)點(diǎn)、源列表)是否與賬號、設(shè)備相對應(yīng)。

4)測量點(diǎn)位置的影響，如測量點(diǎn)位有嚴(yán)重遮擋衛(wèi)星的障礙物、存在多路徑效應(yīng)影響、電離層反射影響[14]。

3 控制措施

3.1 連續(xù)運(yùn)行參考站及控制中心

連續(xù)運(yùn)行參考站及控制中心都是由網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)公司負(fù)責(zé)管理及運(yùn)營的,一般情況下都是正常工作的。對于用戶而言,只能了解連續(xù)運(yùn)行參考站及控制中心是否正常工作,而不能解決由于連續(xù)運(yùn)行參考站及控制中心不能正常工作帶來的RTK不能正常工作的問題。目前,網(wǎng)絡(luò)RTK運(yùn)行單位大部分提供了關(guān)于連續(xù)運(yùn)行參考站運(yùn)行情況的手機(jī)軟件,用戶可采用手機(jī)軟件來檢查測區(qū)周圍連續(xù)運(yùn)行參考站的工作情況。此外,還可以通過網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)公司提供的電話來確定連續(xù)運(yùn)行參考站及控制中心是否正常工作[15-16]。

3.2 數(shù)據(jù)通訊

對于用戶來講,采用的網(wǎng)絡(luò)通訊主要有GSM、CDMA、GPRS等幾種,在不同的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度也不同。測量前,最好先了解測區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)通信情況,根據(jù)調(diào)查情況選擇合適的網(wǎng)絡(luò)。此外,測量時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)信號4G模式與3G、2G模式互換情況,在這種情況下,網(wǎng)絡(luò)RTK無法工作,此時(shí),需要重新連接網(wǎng)絡(luò)RTK,才能正常工作。對于經(jīng)常變換網(wǎng)絡(luò)信號模式的區(qū)域,最好將網(wǎng)絡(luò)模式改成2G模式,保證網(wǎng)絡(luò)模式不會(huì)變換。此外,對于通過手機(jī)熱點(diǎn)功能提供的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK測量,在接聽或撥打電話時(shí),都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)RTK無法正常工作,在接聽或撥打電話結(jié)束時(shí),應(yīng)重新連接網(wǎng)絡(luò)RTK,才能確保網(wǎng)絡(luò)RTK正常工作[17]。

3.3 用戶流動(dòng)站

對于用戶流動(dòng)站存在影響比較多,主要從以下幾方面來解決網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解。

3.3.1 采用GNSS接收機(jī)

首先確保GNSS接收機(jī)能夠正常工作,此外GNSS接收機(jī)都存在固件和軟件的更新和升級問題,隨著GNSS和網(wǎng)絡(luò)RTK不斷發(fā)展與完善,終端設(shè)備必然需要相應(yīng)的更新和升級。如果不能及時(shí)更新和升級,往往會(huì)導(dǎo)致用戶無法正常作業(yè)。此外,三星GNSS設(shè)備比較普遍,盡量采用三星GNSS設(shè)備,這樣在GNSS設(shè)備測量時(shí)有足夠的衛(wèi)星,確保網(wǎng)絡(luò)RTK用戶測量時(shí)可以快速獲取固定解。

3.3.2 手簿設(shè)置

要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)公司提供的GNSS接入網(wǎng)絡(luò)RTK設(shè)置說明進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK連接,由于目前GNSS設(shè)備品牌較多,設(shè)置方法也不同,要按照對應(yīng)的設(shè)備說明進(jìn)行用戶端的設(shè)置,包括測量類型、數(shù)據(jù)播發(fā)格式、電臺設(shè)置等。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò)RTK賬號、密碼及連接設(shè)置

要定期檢查網(wǎng)絡(luò)RTK密碼是否泄漏,是否需要更改。目前,對于網(wǎng)絡(luò)RTK賬號、密碼,一般都不是專人使用,大部分都是多人共享同一個(gè)賬號、密碼。一個(gè)賬號,如果有兩個(gè)用戶同時(shí)使用,會(huì)出現(xiàn)賬號被占用情況,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)RTK無法正常工作。在網(wǎng)絡(luò)RTK連接時(shí),要選擇合適的域(節(jié)點(diǎn)、源列表),網(wǎng)絡(luò)RTK的域有多個(gè),一般常用雙星、三星的域,要根據(jù)自身設(shè)備接收衛(wèi)星的能力來選擇合適的域,才能保證用戶正常工作[18]。

3.3.4 測量點(diǎn)位的影響

網(wǎng)絡(luò)RTK在測量過程中至少要求接收機(jī)在一定時(shí)段內(nèi)保持5顆共視衛(wèi)星才獲取該位置的固定解。對于目前的三星、雙星設(shè)備,除了在室內(nèi)、高大建筑物或者茂密樹林等遮擋環(huán)境中,無法穩(wěn)定地保持至少5顆共視衛(wèi)星數(shù)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)RTK無法獲取固定解,在正常情況下都可捕捉到足夠且穩(wěn)定的衛(wèi)星數(shù)量。如果測站點(diǎn)在高度角大于10°情況下仍然無法獲取固定解,有可能受測站周圍有無干擾源或多路徑等影響,如高壓鐵塔、鐵路磁場、大面積水域等。網(wǎng)絡(luò)RTK偶爾會(huì)出現(xiàn)“偽固定”的現(xiàn)象,出現(xiàn)較大坐標(biāo)偏差值,這種情況下可密切關(guān)注偏差值是否在誤差限以內(nèi),同時(shí)務(wù)必要通過多次測量來進(jìn)行成果檢核,堅(jiān)持“首次固定不記錄,二次固定再記錄”。避免用戶流動(dòng)站接收機(jī)首次鎖定衛(wèi)星獲得初始化后,獲得錯(cuò)誤的整周模糊度,影響測量結(jié)果[19-20]。

4 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)RTK測量時(shí)無法獲取固定解的原因很多,遠(yuǎn)不止上述的較常見情況。采用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測量時(shí),應(yīng)按照設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備說明書和網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)公司提供的網(wǎng)絡(luò)RTK說明書進(jìn)行GNSS設(shè)備的設(shè)置。在實(shí)際工作中遇到網(wǎng)絡(luò)RTK測量時(shí)無法獲取固定解,應(yīng)根據(jù)具體原因進(jìn)行具體分析,逐一排查來解決,從而使網(wǎng)絡(luò)RTK正常工作。