GPS RTK在城市测量中应用的新模式

马永军1  张福林2

       摘要：文中分析了当前GPS RTK在城市测量中应用的现状及存在的缺点，提出了利用GPRS无线通信技术传输差分信号
   的技术方法，通过实际应用效果并与原有应用模式的对比，说明了GPRS在城市GPS RTK测量中应用的优势。

       关键词：GPRS 城市GPS测量 ?RTK

       1．引言
       GPS(全球定位系统)实时动态相对定位RTK技术(Real Time Kinematic)，现已广泛应用于城市工程测量、土地测量和
   航空摄影测量等领域，由于其能实时提供待定点的坐标，较静态定位方式给测量带来了很大的便利。实现RTK作业的关键
   在于基准站能够把其差分数据信号实时地、准确地传送给所有的移动站。现在通行的手段是利用无线电台来传输， 少数
   还使用GSM手机通信，但这两种手段都存在一些缺陷，电台高频信号近乎直线传播，绕射能力差，即使基准站架设于高处，
   仍然存在许多死角；功率有限，传输距离短，特别在城区遮挡干扰严重时，只能传输两公里左右，因而不能大范围的共用
   基准站；需要电台、电瓶、发射天线等，设备繁琐沉重、易损坏，给作业带来很多不便。GSM手机传输信号设备简单，但
   费用高、速度慢，一般不能一对多，实际应用存在障碍。

      GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称，它充分利用了现有GSM系统的无线结构，在GSM无线
   网络中增加数据处理单元等形成了无线系统上的数据业务平台，充分体现了数据业务与无线业务的融合。相对于GSM采用电
   路交换的数据传送方式，GPRS采用分组交换技术，能够提供更高的数据传输速率，其理论最高值为171.2kbit/s，具有“永
   远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点，实现了GSM系统的运营商从2G系统到2.5G系统的平滑过渡。当前全国几乎
   各城市、特别是大城市，市区均有GPRS网络覆盖，且按照流量计费，费用低廉，包月使用费用更低。这些优势都为城市测
   绘行业利用GPRS通信方式传输RTK差分数据信号．创造了良好的基础条件。而使用GPRS通信方式代替通常使用的电台或手机
   传输差分数据方式，能比较好地克服其存在的诸多缺陷，大幅度提高工作效率。2004年我们在长春市利用GPRS和因特网技
   术，建立了一个GPS固定参考站系统，开发了一种在城市测绘中利用GPS RTK定位的新模式，在实际测绘生产中收到了显著
   效果。下面就阐述一下长春市GPS固定参考站系统的研究开发和应用情况。

       2．系统构成及工作原理
       2．1系统的构成
       GPS RTK系统是由一个基准站和若干个移动站组成。基准站由GPS天线、主机、GPRS网关服务器及系统管理软件、电源
   等组成，移动站由GPS天线、主机、电池、GPRS无线数据终端(WDT)组成。系统的总体结构如图1所示。

                        图1应用GPRS的GPS RTK系统

       2．2差分GPS定位原理
       差分GPS定位技术是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测，根据基准站已知的精密坐标，计算出基准站到卫星距
   离的改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送出去，GPS移动站接收机在进行GPS观测的同时．也接收到基准站的改正
   数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

      2．3? 系统的工作原理
      GPS移动站的WDT通过GPRS网络登录到具有静态IP地址的网关服务器，GPS基准站主机与网关服务器的RS-232串口相连，
   基准站的坐标已知，实时不断地向基站服务器输出标准格式的差分校正数据，系统管理软件从基站服务器读出差分校正数
   据，通过Internet和GPRS网络把数据发送到已登录到基站服务器的移动站WDT，WDT把接收到的差分校正数据传递给移动站
   主机，移动站通过计算进行实时精确定位。

      3．实际应用效果及与原有应用模式的比较
      2004年5月．我们在长春市成功地把GPRS技术按照上述原理和方案，建立一个固定基准站管理系统．应用于城市GPS-
   RTK测量当中．取得了很好效果。长春市测绘院原有6台徕卡SR530接收机，一般分三组采用1+1、电台传输的模式使用，
   每个测区均需临时架设基准站，作业效率和GPS接收机利用效率低．随着城市建设规模的不断扩大．测绘任务的不断增多
   而越来越不适应生产需要了。采用GPRS模式后，把1台接收机用于固定基站，另5台分5组可随时到市区任何地点流动作业
   ，实现了1+5的模式(现为1+8模式)，大大提高了作业效率和GPS接收机利用效率。作业半径最远达37km，初始化较快，时
   间长短与网络信号、距基站的距离、卫星颗数和信号质量有关，一般1至2分钟。在距参考站20km半径范围内。平面点位中
   误差为±2.6cm，高程中误差为±3.1cm，可满足图根控制测量、像控点联测等一般工程的精度要求。

       通过近两年的应用情况来看，长春本地的GPRS网络可以基本保证稳定可靠的数据传输，基本满足GPS RTK作业的要求，
   但在边远郊区无GPRS信号或少数信号弱的局部地区，存在不能作业的情况。随着GPRS网络的不断完善，本系统的应用效果
   将逐步改进，应用前景将更加广阔。

       系统于2005年5月26日通过了吉林省建设厅组织的科技成果鉴定。由全国知名GPS专家组成的专家委员会认为．该项目
   建立了基于因特网和GPRS技术的GPS固定参考站系统，提高了现有GPS设备利用率，极大地满足测绘生产需求。该项目开发
   研制的参考站与流动站间的数据传输、控制技术与设备，具有创新性，在国内测绘行业处于领先水平，对于国内城市测绘
   单位有较高的推广应用价值。建成运行和成果鉴定的消息分别在《中国测绘报》上作了报道，引起了国内同行的广泛关注。

      在原有GPS RTK定位模式中，基准站通过无线数传电台或GSM手机把差分校正数据发送到移动站，下表对几种传输方式
   进行了比较。

         表1几种传输方式比较

       4．结语
       本系统充分利用了GPRS网络技术快速登录、永远在线、快速传输、实时性强、按量计费等多种优势为城市GPS RTK测量
   提供了一个实时、快捷、经济和便利的新应用模式。通过作业模式的改变，大大提高了工作效率，减少了设备投入，并为
   系统扩充打下了良好的基础。随着GPRS网络的发展和完善，本系统将在其它部门和行业得到更加广泛的应用。

       参考文献:
       [1]文志成.通用分组无线业务——GPRS. 北京：电子工业出版社2004.
       [2]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民. GPS测量原理及应用.湖北:武汉大学出版社.2003
       [3]屈军. 基于GPRS的数据传输系统的研究.天津大学硕士学位论文2003.