湖区地形测量的网络RTK数据通信研究

袁金彪 王立国

摘 要：运用网络RTK和测深仪相结合的测绘方法获得瞬时刻水下高程能够有效地避免水面浪涌、潮汐、水面倾斜和探测深度动态吃水等因素造成的测量偏差。与原先的实时动态（RTK）载波相位差分技术模式有很大的不同，网络RTK不需要建立基站，设置控制点，并且不会受到距离基站远近程度的限制。然而，网络RTK的高效运行与网络通讯信号有着密切的关系，在面积较大的湖泊中经常存在通信信号较差甚至没有通信信号的地方。对此，本文提出了提升湖区地形测量的网络RTK数据通讯信号质量的方案，并且以某个地区1：10000湖泊水下地形测绘项目的实际测量数据为研究案例，证明了该方案的可行性。

关键词：湖区地形测量；网络RTK；数据通信研究；CORS中心

1 引言

原先的湖泊水面以下地形测绘主要包括两种类型：第一种，借助以观测水位为主，可兼测降水量等项目的水文测站观测水体自由水面高出固定基面以上的高程（即水位，用Z表示）数据，并且在内部插值时间序列获取到水面高程模型来观测某一时间点的水面高度。这一方法的准确程度与水面以下是否有水位站点、湖面的波动程度、获取的水位高程模型精确程度有着十分密切的关系，这容易使被测量区域的实际水面高程变动规律和水位站点所测量的水面高程变动规律二者之间不能够较好地吻合，进而存在一定的误差。第二种，借助测绘人员自己架设的RTK不检验潮水技术得到观测点位的瞬间时刻大地高程，并且运用参数转变切换或者近似大地水准面模型计算出这一观测点的正常高程。第二种方法会受到以下几个因素的限制：被测量区域周围有没有控制高程点，基准站点与流动站点之间的距离远近等。目前大多数工作人员所使用的网络RTK未检验潮水技术在测量湖泊水面以下地形时，不需要架设水位站、观测水位、设定控制高程点，而且不会受到和基站距离远近程度因素的限制。事实上，网络RTK也存在着一定的局限性，其最大的局限性就是会受到中国移动网络通讯信号的影响。

2 网络RTK通信原理

RTK是Real-time kinematic的简写，又称为实时动态载波相位差分技术，是一种实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，它将全球定位系统（GPS）测绘技术与数据传送技术相结合起来。传统的RTK技术是使用者在当地预先安置好基准站，并且提前设定好基准站参数。如若一个基准站只向一个移动站点传送数据，就将这个传输过程称为“1+1”；如若一个基准站一同给多个移动站点传送数据，就将这个传输过程称为“1+N”。网络RTK又叫做多个基站RTK，是一种在常规RTK技术、差分全球定位系统技术以及计算机通信网络技术的基础上建立起来的较高实用性新型技术，是在某个地区架设上许多个基准站，对这个区域全网覆盖，进行不间断地追踪监测，获得覆盖这个区域和各个时间段的RTK修正参数，进而让这个区域中的基站RTK使用者进行动态RTK更正的方法。

RTK流动站点工作的一般原理是：首先，流动站点在工作过程中会借助通信网络将每时每刻获取的坐标传送到连续运行（卫星定位服务）参考站（Continuously Operating Reference Stations，即CORS）中心。其次，连续运行参考站中心将按照使用者坐标，结合其借助参考站网络获得的卫星观测数据和参考站坐标测算出差分校正数，再借助通信网络把差分校正数传送给流动站点。然后流动站点把其本身的卫星观测数值和接收的差分校正数加起来，算出动态的且精度较高的载波相位观测数值，最后求出精度相当高的坐标。从上述工作过程中，我们可以看出网络RTK的高效运转需要流动站点数据接收机器、参考站数据接收机器、连续运行参考站中心系统软硬件等各个部分的密切配合，并且这一过程会较为频繁地运用通讯网络传送各种信息数据。以江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统（JSCORS）为例子，網络RTK的通信是借助中国移动公司的通用分组无线服务技术即GPRS完成的，使用者需要在流动站点端口处放入中国移动公司的SIM卡才可以完成一系列工作。解决方案的实时动态性特点对双向数据的传输提出了保持连续稳定的要求，除此之外，它对中国移动公司的通信信号质量也有很高的要求。因而，怎样有效地解决移动通信信号较差的地区与外界相互传输数据问题（比如，较大面积的湖泊因为湖面较宽，湖泊中心难以有持续稳定的移动通信信号进行数据传输）是一个较大的湖泊地区地形测量的网络RTK技术难点。

3 提升湖区地形测量的网络RTK数据通讯信号的方案

3.1 有关硬件

数据信息传输手册内部安装了一种全球导航卫星（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）数据链组合模块，这种模块能够在确定位置后对连续运行（卫星定位服务）参考站服务参数、Internet Protocol地址、网络设备接口号码、使用者名称、密码等参数进行设定。与此同时，它还安装了通用分组无线服务技术（GPRS）模块和内设了客户识别模块（Subscriber Identity Module，即SIM卡），它能够通过通用分组无线服务技术模块亦或Wireless Fidelity（即WIFI）技术与连续运行（卫星定位服务）参考中心进行数据通讯，并接收差分校正数。数据广播电站是一种功率较大的可以调节频率的无线电设备，传输距离可以达到20km以上。

3.2 工作原理

由于面积较大的湖泊中心的通用分组无线服务技术通信信号比较弱，我们可采用一种方法来避免在被测量区域运用通用分组无线服务通信技术。我们可以把数据信息传输手册安放在移动设备信号持续稳定的湖泊两侧区域，接受传输过来的差分校正数。借助数据广播电台将接收的数据用广播播放出来，然后传播给湖泊中心正在完成测绘工作的各条测船。如若湖泊两侧区域与测量点所在地区距离较远，可在两个站点中间多架设一个数据传输设备，使其发挥数据中转的作用。这种运转模式既确保了和连续运行（卫星定位服务）参考站中心进行持续可靠的数据传送，又可以降低对流动站点的通讯质量要求。这种运转模式把信号传送由连续可靠双方向通信切换成单方向通信，使网络RTK技术能够畅通且没有障碍地在通讯信号比较微弱的地区运用。

4 测试案例

为了检验和证实提升湖区地形测量的网络RTK数据通讯信号方案的实际可行性和正确与否，本文选取某个地区1：10000湖泊水面以下地形测绘项目的实际测量数据为研究案例，完成了以下2个测试。

测验随机抽取该地区湖泊水域部分测量线路四条，每条测量线路约4千米，50个检测点。分别运用传统的网络RTK方法与本文所描述的改良网络RTK方法进行监测。测验从数据的连续性、固定解点数等几个层面检验方案的实际可行性。选择湖泊控制点，使用改进网络RTK方法检测各控制点，从检测结果看出，此方法的RTK成果满足相关规范的精度要求。

根据测试结果能够明显地看出改良方案在长距离范围内数据通信质量的稳定性有了明显地提升。

5 结语

综上所述，本文所描述的网络RTK改良方案将湖区地形测量对数据通信的要求降低，各个模块的相互配合能够确保差分数据的准确性，使流动站点能够正常完成工作，同时并不损害数据的精度，使得数据的通讯稳定性也大大地增强，弥补了信号较弱地区数据通信的空白，为面积较大的湖泊水下地形测绘提供了一种可操作的方法。

参考文献：

[1]徐锦泉，陆来宁，方位达.湖区地形测量的网络RTK数据通信研究[J].现代测绘，2016，39 （3）：16-18.

[2]郑辉.网络RTK在湖区地形图测量中的应用研究[J].矿山测量，2013（4）：7-9.

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