湖區地形測量的網絡RTK數據通信研究

袁金彪 王立國

摘 要：運用網絡RTK和測深儀相結合的測繪方法獲得瞬時刻水下高程能夠有效地避免水面浪涌、潮汐、水面傾斜和探測深度動態吃水等因素造成的測量偏差。與原先的實時動態（RTK）載波相位差分技術模式有很大的不同，網絡RTK不需要建立基站，設置控制點，并且不會受到距離基站遠近程度的限制。然而，網絡RTK的高效運行與網絡通訊信號有著密切的關系，在面積較大的湖泊中經常存在通信信號較差甚至沒有通信信號的地方。對此，本文提出了提升湖區地形測量的網絡RTK數據通訊信號質量的方案，并且以某個地區1：10000湖泊水下地形測繪項目的實際測量數據為研究案例，證明了該方案的可行性。

關鍵詞：湖區地形測量；網絡RTK；數據通信研究；CORS中心

1 引言

原先的湖泊水面以下地形測繪主要包括兩種類型：第一種，借助以觀測水位為主，可兼測降水量等項目的水文測站觀測水體自由水面高出固定基面以上的高程（即水位，用Z表示）數據，并且在內部插值時間序列獲取到水面高程模型來觀測某一時間點的水面高度。這一方法的準確程度與水面以下是否有水位站點、湖面的波動程度、獲取的水位高程模型精確程度有著十分密切的關系，這容易使被測量區域的實際水面高程變動規律和水位站點所測量的水面高程變動規律二者之間不能夠較好地吻合，進而存在一定的誤差。第二種，借助測繪人員自己架設的RTK不檢驗潮水技術得到觀測點位的瞬間時刻大地高程，并且運用參數轉變切換或者近似大地水準面模型計算出這一觀測點的正常高程。第二種方法會受到以下幾個因素的限制：被測量區域周圍有沒有控制高程點，基準站點與流動站點之間的距離遠近等。目前大多數工作人員所使用的網絡RTK未檢驗潮水技術在測量湖泊水面以下地形時，不需要架設水位站、觀測水位、設定控制高程點，而且不會受到和基站距離遠近程度因素的限制。事實上，網絡RTK也存在著一定的局限性，其最大的局限性就是會受到中國移動網絡通訊信號的影響。

2 網絡RTK通信原理

RTK是Real-time kinematic的簡寫，又稱為實時動態載波相位差分技術，是一種實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，它將全球定位系統（GPS）測繪技術與數據傳送技術相結合起來。傳統的RTK技術是使用者在當地預先安置好基準站，并且提前設定好基準站參數。如若一個基準站只向一個移動站點傳送數據，就將這個傳輸過程稱為“1+1”；如若一個基準站一同給多個移動站點傳送數據，就將這個傳輸過程稱為“1+N”。網絡RTK又叫做多個基站RTK，是一種在常規RTK技術、差分全球定位系統技術以及計算機通信網絡技術的基礎上建立起來的較高實用性新型技術，是在某個地區架設上許多個基準站，對這個區域全網覆蓋，進行不間斷地追蹤監測，獲得覆蓋這個區域和各個時間段的RTK修正參數，進而讓這個區域中的基站RTK使用者進行動態RTK更正的方法。

RTK流動站點工作的一般原理是：首先，流動站點在工作過程中會借助通信網絡將每時每刻獲取的坐標傳送到連續運行（衛星定位服務）參考站（Continuously Operating Reference Stations，即CORS）中心。其次，連續運行參考站中心將按照使用者坐標，結合其借助參考站網絡獲得的衛星觀測數據和參考站坐標測算出差分校正數，再借助通信網絡把差分校正數傳送給流動站點。然后流動站點把其本身的衛星觀測數值和接收的差分校正數加起來，算出動態的且精度較高的載波相位觀測數值，最后求出精度相當高的坐標。從上述工作過程中，我們可以看出網絡RTK的高效運轉需要流動站點數據接收機器、參考站數據接收機器、連續運行參考站中心系統軟硬件等各個部分的密切配合，并且這一過程會較為頻繁地運用通訊網絡傳送各種信息數據。以江蘇省全球導航衛星連續運行參考站綜合服務系統（JSCORS）為例子，網絡RTK的通信是借助中國移動公司的通用分組無線服務技術即GPRS完成的，使用者需要在流動站點端口處放入中國移動公司的SIM卡才可以完成一系列工作。解決方案的實時動態性特點對雙向數據的傳輸提出了保持連續穩定的要求，除此之外，它對中國移動公司的通信信號質量也有很高的要求。因而，怎樣有效地解決移動通信信號較差的地區與外界相互傳輸數據問題（比如，較大面積的湖泊因為湖面較寬，湖泊中心難以有持續穩定的移動通信信號進行數據傳輸）是一個較大的湖泊地區地形測量的網絡RTK技術難點。

3 提升湖區地形測量的網絡RTK數據通訊信號的方案

3.1 有關硬件

數據信息傳輸手冊內部安裝了一種全球導航衛星（Global Navigation Satellite System，簡稱GNSS）數據鏈組合模塊，這種模塊能夠在確定位置后對連續運行（衛星定位服務）參考站服務參數、Internet Protocol地址、網絡設備接口號碼、使用者名稱、密碼等參數進行設定。與此同時，它還安裝了通用分組無線服務技術（GPRS）模塊和內設了客戶識別模塊（Subscriber Identity Module，即SIM卡），它能夠通過通用分組無線服務技術模塊亦或Wireless Fidelity（即WIFI）技術與連續運行（衛星定位服務）參考中心進行數據通訊，并接收差分校正數。數據廣播電站是一種功率較大的可以調節頻率的無線電設備，傳輸距離可以達到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線服務技術通信信號比較弱，我們可采用一種方法來避免在被測量區域運用通用分組無線服務通信技術。我們可以把數據信息傳輸手冊安放在移動設備信號持續穩定的湖泊兩側區域，接受傳輸過來的差分校正數。借助數據廣播電臺將接收的數據用廣播播放出來，然后傳播給湖泊中心正在完成測繪工作的各條測船。如若湖泊兩側區域與測量點所在地區距離較遠，可在兩個站點中間多架設一個數據傳輸設備，使其發揮數據中轉的作用。這種運轉模式既確保了和連續運行（衛星定位服務）參考站中心進行持續可靠的數據傳送，又可以降低對流動站點的通訊質量要求。這種運轉模式把信號傳送由連續可靠雙方向通信切換成單方向通信，使網絡RTK技術能夠暢通且沒有障礙地在通訊信號比較微弱的地區運用。

4 測試案例

為了檢驗和證實提升湖區地形測量的網絡RTK數據通訊信號方案的實際可行性和正確與否，本文選取某個地區1：10000湖泊水面以下地形測繪項目的實際測量數據為研究案例，完成了以下2個測試。

測驗隨機抽取該地區湖泊水域部分測量線路四條，每條測量線路約4千米，50個檢測點。分別運用傳統的網絡RTK方法與本文所描述的改良網絡RTK方法進行監測。測驗從數據的連續性、固定解點數等幾個層面檢驗方案的實際可行性。選擇湖泊控制點，使用改進網絡RTK方法檢測各控制點，從檢測結果看出，此方法的RTK成果滿足相關規范的精度要求。

根據測試結果能夠明顯地看出改良方案在長距離范圍內數據通信質量的穩定性有了明顯地提升。

5 結語

綜上所述，本文所描述的網絡RTK改良方案將湖區地形測量對數據通信的要求降低，各個模塊的相互配合能夠確保差分數據的準確性，使流動站點能夠正常完成工作，同時并不損害數據的精度，使得數據的通訊穩定性也大大地增強，彌補了信號較弱地區數據通信的空白，為面積較大的湖泊水下地形測繪提供了一種可操作的方法。

參考文獻：

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