摘要 ：本文对网络RTK的概念、网络RTK实现的几种形式、网络RTK误差来源及网络RTK质量控制做了相关阐述和分析，并得出随着GPS参考站技术的发展和应用，网络RTK将在多个方面替代传统GPS作业，相信随着GPS参考站技术的发展和应用，网络RTK将会在多个领域发挥更大的作用。
关键词：网络RTK；误差；质量控制
1、网络RTK概念简介
网络RTK是基于现代无线通讯技术、网络管理技术、计算机软件工程基础上的GPS定位理念，充分利用这些先进的信息技术弥补、完善目前GPS导航定位技术。常规RTK技术已有很多应用实例，但随着基线的增长，各类误差源影响的相关性减弱甚至消失，距离相关误差无法消除，导致定位精度下降，使得常规RTK仅局限在10～15km的较短距离范围内。为了解决常规RTK技术存在的缺陷，实现更大范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，多参考站网络RTK技术应运而生。在一定区域内建立多个（一般3个以上）参考站，对该地区构成网状覆盖，充分利用各参考站的GPS观测数据，通过信息融合，建立系统误差改正数学模型，将最优的差分改正数据播发给移动站用户，从而在一定地区实现更可靠、更高精、均匀和实时的定位，称为GPS多参考站网络差分（简称网络RTK）。与常规（即单参考站）GPS差分模式相比，该方法的主要优点为覆盖面广，定位精度高，可靠性高，实时性更好。
网络RTK是由参考站网、数据处理中心和数据通信线路组成的。参考站上应配备双频全波长GPS接收机，该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值，且参考站坐标应精确已知，其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定。此外，这些参考站还应配备数据通信设备及气象仪器。参考站应按规定的采样率进行连续观测，并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心。网络RTK技术依靠网络将基准站连接到计算中心，联合若干参考站数据解算或消除电离层、对流层等影响，以提高RTK定位可靠性和精度。通过对GPS天线、处理器等内部结构的改造以及对通讯手段的完善，打破了电台传输有效范围小的限制。
2、网络RTK几种形式
2.1 单参考站网模式
此模式原理上与普通GPS作业时的参考站没有太大的区别，每一个参考站服务于一定作用半径内所有的GPS用户。对于长时间静态跟踪数据后处理的用户，借助于接收调频到载波宽带快速网络通信，以及其他数据通信手段提供的DGPS伪距差分改正数信息，对于从事准实时定位或实时精密导航的用户来说服务半径可以达到几十千米、几百千米甚至更长一些。至于需要实时给出厘米级定位精度的用户来说，单参考站的服务半径目前可以达到30KM以上。该方法优势：前期投入较少，随时可以升级和扩展，系统灵活、安全、可靠、稳定，不需要额外的装置，不需要报告双向数据通信设备，施工周期短。
2.2 基于虚拟参考站系统的VRS技术方法
VRS技术是通过与流动站相邻的几个参考站（典型的是三个）之间的基线计算各项误差，采用一定的算法来消除或大幅消弱这些偏差项所造成的影响。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标（可根据伪距法单点定位技术求得）判断出该站位于哪三个基准站所组成的三角形内。然后根据三角形插值方法建立一个对应于流动站点位的虚拟参考站（VRS），将这个虚拟参考站的改正数消息传输给流动站，流动站结合自身的观测值实时解算出流动站的精确点位，有必要时可将上述过程迭代一次。服务区每一个流动站对应着一个不同的虚拟参考站，由于虚拟参考站发送的是正常格式的RTCM信息，因而流动站并不需要知道参考站所用的参考模型。参考站需要根据流动站点位建立相应的局部改正数模型，所以流动站必须通过NMEA格式把它的点位信息发送给中央控制站，即流动站需要配备类似GSM移动电话的双向数据通讯设备。
VRS技术的优势：系统在DGPS准实时点位及事后差分处理的服务半径上与单参考站网模式没有任何差别，但是在RTK作业半径方面应该可以得到较大距离的延伸。只要无线电通信或其他数据传输手段能够保证，那么RTK的作业半径也有可能达到30KM以上，未来的潜力甚至可以更大。虚拟参考站技术的另一个优势就是它的成果可靠性、信号可利用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀，同离开最近参考站的距离没有明显的相关性。其缺点是电离层、对流层的影响只能借助改正模型来修正，改正效果受外界影响较大，不能消除或只能借助其他方法消除轨道误差的影响。
2.3 基于全网整体解算模型的FKP技术方法
该技术方法采用整体的网络解，对数据用卡尔曼滤波进行平差处理，并将所有参考站多一个观测瞬间所采集的未经差分处理的同步观测值实时地传输给数据处理中心并实时处理，产生一个称为FKP的网络地区修正参数，然后将这种FKP参数通过扩展的RTCM信息发送给所有服务区内的流动站。系统传输的FKP参数能够比较理想地支持流动站的应用软件。但是流动站系统必须知道有关的数学模型，才能利用FKP参数生成相应的改正数。为了获取瞬间解算结果，每一个流动站需要借助于有关称为ADV盒的外部装置配合流动站接收机的RTK作业。
2.4 基于综合误差内插的CBI技术方法
该技术是根据双差组合的优点，在基准站计算改正信息时没必要将电离层延迟、对流层延迟等误差都进行区分，并单独计算出来，也没必要将由各基准站所得到的改正信息都发给用户。而是由监控中心统一集中所有基准站观测数据选择计算和播发用户的综合误差改正信息，因为多种误差在主副站之间存在较强的线性相关性，用综合误差表示双差观测方程中的所有系统误差的综合影响。该技术利用卫星定位误差的相关性计算基准站上的综合误差并内插出用户站的综合误差。该技术的优点是在消除电离层、对流层的误差时，不使用模型，而是由已知误差直接改正，改正效果受外界影响小，根据流动站的位置合理选择基准站。能直接消除或消弱卫星轨道误差与其它误差的影响。在电离层变化较大的时间段和区域内该技术较有优势。
2.5 改进的FKP技术方法-主辅站技术
主辅站技术的基本要求就是将参考站的相位距离简化为一个公共的整周未知数水平。如果相对于某一个卫星与接收机"对"而言相位距离的整周未知数就被消除了，此时可以说两个参考站具有一个公共的整周未知数水平。网络处理软件的主要任务就是将网络中（或子网络中）所有参考站相位距离的整周未知数归算到一个公共的水平。一旦此次任务得以完成，接着就有可能为每一对卫星接收机及为每一个频率分别计算出弥散性的和非弥散性的误差。弥散性的误差是直接相对于信号的频率，而非弥散性的误差则对所有的频率来说都是相同的。由于频率相关的电离层误差是已知的，因而对所有频率（L1、L2）它可以表达成完全的改正数。主辅站技术的优势在于支持单项和双向通讯，克服以前方法的缺点（如：误差模拟不完善、仅仅使用三个最近的参考站的信息生成网络改正数据、需要双向通讯、数据量大且不标准等问题），将成为网络RTK的发展目标。为流动站用户提供了极大的灵活性。能够对网络改正数进行简单的、有效的内插。对流动站用户的数量也不限制。提供网络数据是相对真实的参考站，不是虚拟的参考站。流动站可以获取参考站网的所有有关电离层和几何形态误差的信息，并以最优化的方式利用这些信息，增强了系统和用户的安全性。
3、网络RTK定位的误差来源及分析
网络RTK定位中出现的各种误差，按性质可分为系统误差和随机误差两大类；按误差源可分为与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的误差等三大类。
3.1 与GPS卫星有关的误差、特性及消除
3.1.1 卫星星历误差
由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。
在连续运行GPS参考站系统中，通过系统的自身的模型和相对定位的方法可以有效的消除了星历误差。即在平差模型中将星历中给出的卫星轨道参数作为未知参数纳入平差模型，通过平差同时求得测站位置及轨道偏差改正数。
3.1.2 卫星钟的误差
卫星上虽然使用了高精度的原子钟，但它们不可避免地存在误差，这种误差既包含着系统性的误差，也包含着随机误差。钟差的系统误差可以通过检验和比对来确定并通过模型来加以改正；钟差的随机误差只能通过钟的稳定度来描述其统计特性。
3.1.3 相对论效应
相对论效应是指由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起相对钟差的现象。对于相对论效应的改正有近似公式和严密公式改正等方法。
以上误差对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响是相同的。
3.2 与信号传播有关的误差、特性及消除
3.2.1 电离层延迟
电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟程度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化。同时电离层对测码伪距观测值和载波相位观测值的影响大小相等，但符号相反。网络RTK技术通过下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱：利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响；利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型加以改正。
3.2.2 对流层延迟
对流层是高度在50KM以下的大气层，整个大气层中的绝大部分质量集中在对流层中，GPS信号在电离层中会产生传播速度的延迟和传播路径的弯曲。由以上原因使距离测量值产生的系统性偏差，对测码伪距和载波相位观测值的影响是相同的。对于对流层延迟改正，通常通过待定参数法和随机模型法等进行改正，提高观测精度。
3.2.3 多路径误差
多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多路径误差取决于天线周围的环境，多径误差一般为几厘米，高反射环境下可超过10厘米。多径误差可通过下列措施予以削弱：A、选择地形开阔、不具反射面的点位；B、采用扼流圈天线；C、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线；D、参考站和流动站附近辅设吸收电波的材料。
3.3 与接收机的误差、特性及消除
3.3.1 接收机钟的钟误差
与卫星钟一样，接收机钟也存在误差，且比卫星钟差更显著。该误差主要取决于钟的质量，它对测码伪距和载波相位观测值的影响是相同的。在网络RTK中对于钟差的消除可采用星站双差的方法。
3.3.2 与接收机的位置误差
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合。而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3-5CM。因此，若要提高RTK定位精度，必须进行天线检验校正，检验方法有实验室内的绝对检验法和野外检验法。
3.4 与GPS参考站系统及通信有关的误差、特性及消除
同距离有关的误差的主要部分可通过多参考站技术来消除，因为网络RTK自身的解算模型以及参考站系统软件的调节功能，能够消除误差，使得网络RTK定位精度均匀，同时良好的通讯条件是获取高质量RTK测量成果的保证。但是，其残余部分也随着至基地站距离的增加而加大。
四、网络RTK定位的质量控制
4.1 质量控制的重要性
研究表明，网络RTK确定整周模糊度的可靠性为95%～99%，网络RTK比静态GPS测量和传统RTK还多一些误差因素：如参考站自身所提供固定解的可靠性、数据中心与流动站之间数据通信包的可靠性和利用率即数据链传输误差等。同时，网络RTK作业时为保证效率在通常情况下不可能采用快速静态或传统静态测量后的处理方法，如：卫星高度角的截取、不健康卫星的剔除、不同时间段的截取等来进行质量控制。因此，和GPS静态测量和传统RTK测量相比，网络RTK测量更容易出现粗差，必须进行质量控制。
4.2 质量控制
4.2.1 坐标转换参数
网络RTK在作业时直接获取的是WGS84坐标系统，而在实际工作中所需的往往是北京54、西安80或地方系下的坐标，因此在作业时必须进行坐标系的转换。通过大量的实践，网络RTK作业所使用的坐标转换参数应该由覆盖整个GPS参考站网且分布均匀的控制点求得，通常采用严密的七参数转换法。如果在测区内不能提供足够的点用于转换参数的求解，在保证精度的前提下，可以临时使用四参数法求解转换参数。转换参数确定后应用一些已知点检验其精确度，转换参数精确度越高越好，条件许可的情况下尽量采用七参数法求解转换参数。
4.2.2 星历预报
在进行作业前应先进行星历预报，使用的历书时间应在作业前一星期内的。记录或打印星历预报结果，选取观测条件好的时段进行RTK作业，以保证作业效率和质量。
4.2.3 精度指标设置
在进行网络RTK作业时，需要设置机内精度，以保证有较好的收敛精度。一般精度指标预设为点位中误差为2.0cm、高程中误差2.0cm。
4.2.4 网络RTK设站
网络RTK在作业时选择点位应该满足GPS观测要求，根据星历预报结果安排观测时间，通常要求GDOP值小于4。在GDOP值较大时，较容易出现粗差，应该避免该时间段的作业。利用GDOP值较好的时段作业，不仅效率快、而且精度高。同时在作业过程中为减少对中误差和加快初始化收敛，要求网络RTK在进行图根以上等级作业时候均需安置脚架。
4.2.5 网络RTK观测
（1）良好的通信条件
网络RTK作业时要观察参考站中心与流动站的通信状态是否稳定可靠，以确保固定解的质量。
（2）电离层、对流层监测
在进行网络RTK作业时，通过软件对电离层、对流层进行监测，安排好作业时间，选择其活跃程度较小的时间进行RTK作业，以提高RTK测量作业效率和可靠性，保证作业成果的质量。
（3）观测要求
通常网络RTK观测的采样间隔为1s，每次测量的历元数不小于10个。单次观测的平面收敛精度应小于2cm，高程收敛精度应小于3cm。
4.2.6 粗差剔除及可靠性的保证
由于网络RTK作业成果的可靠性只有95～99%，所以在网络RTK作业过程中不可避免地存在着粗差，且在观测过程中不能做出准确的判断，那么观测结果中粗差的剔除只能在事后进行，也只有通过事后剔除的方法来提高网络RTK作业的可靠性。方法主要是采用一定的多余观测值来检查，当然多余观测值的数量不宜太多，否则会影响RTK作业的效率，失去RTK作业的意义。一般的粗差剔除方法有：多次初始化观测，比较各次观测值剔除粗差。观测多余的点，事后打边检查以剔除粗差点，从而保证成果的可靠性。
五、结束语
目前网络RTK正处在蓬勃发展的阶段，功能将日益完善，应用领域还会不断扩大。由于目前网络RTK中所采用的技术都不是十分成熟，也没有统一的国际标准。非标准化带来一系列兼容性问题。系统的首期投入较大，误差模型的生成还存在许多问题。由于采用的模型不正确，实时获取的流动站点位成果根本无法确定其实际可靠性程度。任何一个参考站的故障都可能导致RTK无法正常进行。在此前提下用户必须综合考虑、合理选取技术作业方案。还要逐步探索并完善网络RTK的服务和维护模式，建立有关的技术规范。
随着GPS参考站技术的发展和应用，网络RTK将在多个方面替代传统GPS作业，因此作业效率将大大提高。目前选择合适的网络RTK仪器和作业方式，同时通过全面的质量保证措施，能得到更加稳定可靠的作业成果。相信随着GPS参考站的技术的发展和应用，网络RTK将会在多个领域发挥更大的作用。
参考文献
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