网络RTK无法获取固定解的原因分析及控制措施

杨 洋 吕继书 胡 贤 史庆伟

中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

实时动态测量(Real Time Kinematic,RTK)技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术,它可以实时准确获取测站点的三维坐标。现依托于连续运行(卫星定位服务)参考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)网络系统形成的一种移动定位测量技术,即网络RTK,已广泛应用于工程测量过程中,并起到了非常重要的作用[1-4]。网络RTK不仅具有实时、快速、动态定位等特点,而且不受同时条件影响,因此网络RTK已经广泛用于低等级的控制测量、断面测量、地形测量中。

相较于单基站RTK,网络RTK具有几方面优势[5]:增加有效工作范围、缩短初始化时间;网络RTK为连续基站,用户不需单独架设基站便可直接进行测量,简单方便快捷,大大提高了传统单基站作业模式的工作效率;通过移动网络通讯设备和网络RTK账号密码,用户仅需一个流动站即可直接测量;网络RTK具备的完善数据监控系统,有效消除系统误差和周跳,增强差分作业的可靠性;使用固定可靠的数据链通讯方式,减少了噪声干扰;基准站按规定的采样率进行连续测量后,用户可同时获取观测点的多种坐标系统成果。

全国所有地市均已建或正建该区域内的CORS系统,不少地市也已建立了市级范围内的CORS系统。市场上,某公司已开始着手建立覆盖全国范围的网络RTK服务,现已覆盖了我国大部分区域,特别是东南部地区覆盖完整。相信未来几年,全国各区域均可以实时、快捷地使用网络RTK服务。目前,在网络RTK使用过程中,仍存在一些问题,主要集中于在流动站使用中,经常无法完全固定或者无法获取固定解。本文就网络RTK无法获取固定解的原因进行分析,并提出相应的控制措施,以提高网络RTK在使用过程中处理常见问题的能力,使其服务于生产,提高外业工作效率。

1 网络RTK工作原理及构成

1.1 网络RTK工作原理

网络RTK工作原理是在区域内建立多个网状分布的基准站,在连续观测后,采用广域差分全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和多基准站局域差分GNSS的基本原理及方法来进行网络解算,从而消除或削弱各种系统误差的影响并获得实时实地的RTK改正参数,获得高精度的定位成果。

网络RTK由连续运行参考站网、控制中心、数据通讯和流动站组成。连续运行参考站按规定的采样率进行连续采样观测,并实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标通过数据通讯传输到控制中心,再通过移动网络通讯传输给用户流动站,用户流动站将获得的各观测值实时进行差分处理,获取基准站和用户流动站基线向量(ΔX,ΔY,ΔZ);基线向量加上基准站坐标得到每个观测点WGS 84坐标,再通过坐标转换参数转换获得每个观测点的平面坐标X,Y和正常高H[6-7]。

1.2 网络RTK构成

网络RTK构成图见图1。

图1 网络RTK构成图

1.2.1 连续运行参考站

基准站网由若干个连续运行参考站组成,站与站之间的距离按规则进行分布,每个连续运行参考站配置若干台固定的GNSS接收系统,具有规模化、定位服务实时化等特点。基准站与控制中心之间经过数据通讯相连,数据实时地传送到控制中心,最后通过控制中心实时与各用户进行数据互通[8-10]。

1.2.2 数据通讯

数据通讯是连续运行参考站与控制中心之间连接的重要纽带。它将连续运行参考站数据快速准确地传输到控制中心,同时通过控制中心与各用户之间的通讯网络将校正参数快速准确地传送给用户流动站。网络RTK的数据通讯运行分为单向方式和双向方式,其中单向方式时用户从控制中心获得一致的校正参数,而在双向方式中,用户需将用户流动站单点定位位置传送给控制中心,由控制中心实时、快速、准确地计算出校正参数并通过移动通讯网络传送给用户,如虚拟参考站双向VRS技术等。

1.2.3 控制中心

控制中心是整个网络RTK核心,既是数据处理中心,又是通讯控制中心。控制中心的通讯主要包括与连续运行参考站之间的有线通讯及与移动用户之间的无线网络通讯两种,其中有线通讯如光缆通讯线等,无线网络通讯如GSM等移动网络通讯方式等。控制中心的软件包括数据处理软件和系统管理软件两部分,通过计算机等介质实时且系统地控制整个系统的运行。

(1) 素填土(Q4ml) ①：土黄-黄褐色，为新近人工堆积形成，松散、湿，由含碎石粉质粘土和强风化泥灰岩碎块组成，碎块粒径1～6 cm，厚度2.5～5.0 m，主要分布于滑坡前缘挡土墙后。

1.2.4 用户流动站

用户流动站就是各用户在各观测现场使用的测量设备,该设备由移动RTK测量仪器并配备承载无线通讯的必需设备组成。

2 网络RTK无法获取固定解原因分析

从图1可看出,连续运行参考站、数据通讯、控制中心以及用户部分等四个环节相互关联,环环相扣,任何环节出现问题,都会导致网络RTK无法获取固定解。

2.1 连续运行参考站

连续运行参考站选址和采用设备严格按照国家标准来执行,所选位置都是对卫星观测影响较小或没有影响的区域。网络RTK服务公司需定期检查连续运行参考站,确保其正常工作。一般情况下,连续运行参考站都是正常工作的,但在连续运行参考站维修、升级的情况下,连续运行参考站无法工作,会导致用户流动站无法获取固定解或无法测量的情况[11-12]。

2.2 数据通讯

连续运行参考站与控制中心一般采用专线网络或比较稳定的网络模式的数据通讯。控制中心与用户部分的网络通讯可变因素很大,这部分的数据通讯对于网络RTK无法获取固定解的影响很大。目前,常用的4G网络模式,在条件好的区域,可以长时间保持4G网络模式,不会变更成3G、2G模式,在这种条件下,数据通讯对于网络RTK无法获取固定解影响比较小。但在山区、人烟稀少的区域,网络模式经常会出现4G模式与3G、2G模式互换情况,导致用户流动站无法获取固定解或无法测量的情况[13]。

2.3 控制中心

控制中心由固定的硬件设备及相应软件组成,需要定期检查与维护,一般情况下都会正常工作。

2.4 用户流动站

在连续运行参考站、数据通讯与控制中心都正常的情况下,用户流动站无法获取固定解,就是用户部分存在问题,即RTK流动站存在问题,这也是实际工作中常遇到的问题。对于用户部分,主要存在以下可能性:

1)设备是否正常工作，所使用GNSS接收机是否能正常接收卫星、所使用手簿是否能满足网络RTK的要求。

3)网络RTK使用的账号、密码、IP地址及端口号是否正确,连接时使用的域(节点、源列表)是否与账号、设备相对应。

4)测量点位置的影响，如测量点位有严重遮挡卫星的障碍物、存在多路径效应影响、电离层反射影响[14]。

3 控制措施

3.1 连续运行参考站及控制中心

连续运行参考站及控制中心都是由网络RTK服务公司负责管理及运营的,一般情况下都是正常工作的。对于用户而言,只能了解连续运行参考站及控制中心是否正常工作,而不能解决由于连续运行参考站及控制中心不能正常工作带来的RTK不能正常工作的问题。目前,网络RTK运行单位大部分提供了关于连续运行参考站运行情况的手机软件,用户可采用手机软件来检查测区周围连续运行参考站的工作情况。此外,还可以通过网络RTK服务公司提供的电话来确定连续运行参考站及控制中心是否正常工作[15-16]。

3.2 数据通讯

对于用户来讲,采用的网络通讯主要有GSM、CDMA、GPRS等几种,在不同的地区网络信号强度也不同。测量前,最好先了解测区范围内的网络通信情况,根据调查情况选择合适的网络。此外,测量时经常会遇到网络信号4G模式与3G、2G模式互换情况,在这种情况下,网络RTK无法工作,此时,需要重新连接网络RTK,才能正常工作。对于经常变换网络信号模式的区域,最好将网络模式改成2G模式,保证网络模式不会变换。此外,对于通过手机热点功能提供的网络进行网络RTK测量,在接听或拨打电话时,都会导致网络RTK无法正常工作,在接听或拨打电话结束时,应重新连接网络RTK,才能确保网络RTK正常工作[17]。

3.3 用户流动站

对于用户流动站存在影响比较多,主要从以下几方面来解决网络RTK无法获取固定解。

3.3.1 采用GNSS接收机

首先确保GNSS接收机能够正常工作,此外GNSS接收机都存在固件和软件的更新和升级问题,随着GNSS和网络RTK不断发展与完善,终端设备必然需要相应的更新和升级。如果不能及时更新和升级,往往会导致用户无法正常作业。此外,三星GNSS设备比较普遍,尽量采用三星GNSS设备,这样在GNSS设备测量时有足够的卫星,确保网络RTK用户测量时可以快速获取固定解。

3.3.2 手簿设置

要根据网络RTK服务公司提供的GNSS接入网络RTK设置说明进行网络RTK连接,由于目前GNSS设备品牌较多,设置方法也不同,要按照对应的设备说明进行用户端的设置,包括测量类型、数据播发格式、电台设置等。

3.3.3 网络RTK账号、密码及连接设置

要定期检查网络RTK密码是否泄漏,是否需要更改。目前,对于网络RTK账号、密码,一般都不是专人使用,大部分都是多人共享同一个账号、密码。一个账号,如果有两个用户同时使用,会出现账号被占用情况,导致网络RTK无法正常工作。在网络RTK连接时,要选择合适的域(节点、源列表),网络RTK的域有多个,一般常用双星、三星的域,要根据自身设备接收卫星的能力来选择合适的域,才能保证用户正常工作[18]。

3.3.4 测量点位的影响

网络RTK在测量过程中至少要求接收机在一定时段内保持5颗共视卫星才获取该位置的固定解。对于目前的三星、双星设备,除了在室内、高大建筑物或者茂密树林等遮挡环境中,无法稳定地保持至少5颗共视卫星数而导致网络RTK无法获取固定解,在正常情况下都可捕捉到足够且稳定的卫星数量。如果测站点在高度角大于10°情况下仍然无法获取固定解,有可能受测站周围有无干扰源或多路径等影响,如高压铁塔、铁路磁场、大面积水域等。网络RTK偶尔会出现“伪固定”的现象,出现较大坐标偏差值,这种情况下可密切关注偏差值是否在误差限以内,同时务必要通过多次测量来进行成果检核,坚持“首次固定不记录,二次固定再记录”。避免用户流动站接收机首次锁定卫星获得初始化后,获得错误的整周模糊度,影响测量结果[19-20]。

4 结论

网络RTK测量时无法获取固定解的原因很多,远不止上述的较常见情况。采用网络RTK进行测量时,应按照设备供应商提供的设备说明书和网络RTK服务公司提供的网络RTK说明书进行GNSS设备的设置。在实际工作中遇到网络RTK测量时无法获取固定解,应根据具体原因进行具体分析,逐一排查来解决,从而使网络RTK正常工作。