说到定位,相信大家一定不会觉得陌生。如今我们所处的信息时代,人人都有手机。每天,我们都会用到与地图和导航有关的 App。
这些 App,就是基于定位技术的。
说到定位技术呢,大家又肯定会想到 GPS、北斗这些名词。是的,这些都属于全球导航卫星系统,也就是 GNSS(Global Navigation Satellite System)。
正是这些在太空中飞行的卫星,帮助我们的手机具备了定位能力,并为我们提供导航服务。
上面都是大家知道的。接下来,小枣君要给大家介绍一个可能比较陌生的概念。它也和卫星有关,是目前行业最常用的定位技术之一,为我们的工作和生活提供了很大的帮助。它就是 ——RTK。
究竟什么是 RTK?有了卫星,为什么还需要它?它有什么特点,又是如何工作的?
别急,且让小枣君一一道来。
█ 什么是 RTK
RTK,英文全名叫做 Real-time kinematic,也就是实时动态。这是一个简称,全称其实应该是 RTK(Real-time kinematic,实时动态)载波相位差分技术。(为了方便阅读,接下来,我还是会简写为 RTK。)
不要慌!这个技术虽然看上去很专业,但实际原理并不复杂。
RTK 是一个对 GNSS 进行辅助的技术。
为什么要对 GNSS 进行辅助?当然是因为 GNSS 自身存在不足啦!
大家都知道,GNSS 卫星之所以能够对地球上的终端(例如手机、汽车、轮船、飞机等)进行定位,依靠的是三维坐标系。
找至少 4 颗卫星,分别计算各个卫星与终端之间的距离 △ L(这个距离也被称为“伪距”),就可以列出 4 个方程组。
计算之后,就能得出终端的四个参数,分别是经度、纬度,高程(海拔高度)和时间。
通过单位时间的位置变化,还能算出终端的速度。三维坐标、速度、时间信息,我们通常称之为 PVT(Position Velocity and Time)。
仅靠卫星,我们可以得到 PVT。但是,注意了,卫星定位是存在误差的。
误差既来自系统的内部,也来自外部。例如卫星信号穿透电离层和对流层时产生的误差,还有卫星高速移动产生的多普勒效应引起的误差,以及多径效应误差、通道误差、卫星钟误差、星历误差、内部噪声误差,等等。
这些误差,有些可以完全消除,有些无法消除或只能部分消除。它们影响了系统的准确性和可靠性。
好啦,我们的主角终于要登场了。
为了更好地消除误差、提高定位精度,行业专家们研究出了一个更厉害的定位技术,那就是 RTK。
█ RTK 的工作原理
我们直接来看 RTK 的工作原理。
如上图所示,这是一个标准的传统 RTK 组网。(是不是超简单?)
其中,除了卫星之外,RTK 系统包括两个重要组成部分 —— 基准站和流动站。
两个站都带有卫星接收机,可以观测和接收卫星数据。顾名思义,基准站是提供参考基准的基站。而流动站,是可以不断移动的站。流动站其实就是要测量自身三维坐标的那个对象目标,也就是用户终端。
大家经常在户外看到一些扛着三脚架设备进行测量的人。其中一部分人,扛的可能就是 RTK 基准站或流动站。
我们来仔细看看定位过程。
首先,基准站作为测量基准,一般会固定放在开阔且视野良好的地方。基准站的三维坐标信息,一般是已知的。
第①步,基准站先观测和接收卫星数据。
第②步,基准站通过旁边的无线电台(数据链),将观测数据实时发送给流动站(距离一般不超过 20 公里)。
第③步,流动站收到基准站数据的同时,也观测和接收了卫星数据。
第④步,流动站在基准站数据和自身数据的基础上,根据相对定位原理,进行实时差分运算,从而解算出流动站的三维坐标及其精度,其定位精度可达 1cm~2cm。至此,测量完成。
如大家所见,RTK 技术具有观测站之间无需通视(无需在视线范围内)、定位精度高、操作简单、全天候作业等优点,是非常不错的定位技术。
█ 网络 RTK vs 传统 RTK
刚才我们所说的,是 RTK 的早期模型,我们称为传统 RTK 技术。
传统 RTK 技术实施简单,成本低廉。但是,它也存在一个很大的问题,那就是流动站和基准站之间存在距离限制。
距离越远,误差因素差异变大,定位精度就会下降。而且,距离远了,超过了无线电台的通信范围,也就无法工作了。
为了克服传统 RTK 技术的缺陷,在 20 世纪 90 年代中期,人们提出了网络 RTK 技术。
在网络 RTK 技术中,在一个较大的区域内,均匀分散设置多个基准站(3 个或以上),构成一个基准站网。
基准站网
那么,这种情况下,流动站需要和每个基准站进行对比和测算吗?
当然不会,那样太费事了。
网络 RTK 相比传统 RTK,其实是用区域型的 GNSS 网络误差模型取代了单点 GNSS 误差模型。
多个基准站组成的基准站网,它们将数据发给中央服务器。中央服务器会根据数据,模拟出一个“虚拟基准站”。(所以,网络 RTK 也被称为“虚拟基准站技术”或“虚拟参考站技术”。)
对于流动站来说,它只会“看到”这个“虚拟基准站”。基于这个“虚拟基准站”发来的数据,流动站完成最终的测量运算。
网络 RTK 的优势是非常明显的。
大家应该都看出来了,我们平时看到的移动通信基站,其实就可以兼职“基准站”。我们身边到处都是基站,也就意味着,网络 RTK 基本上实现了无缝覆盖。
流动站与中央服务器的通信,也可以通过流动站(终端)内置的无线通信模组来完成。这些高精度定位模组,集成了 RTK 技术,且本身也是移动通信模组,可以实现上述功能。
其次,对于用户来说,不需要自建基准站,节约了大量成本(只需要支付一些通讯费用)。
第三,精度和可靠性更高。毕竟基准站多了嘛,就算坏了一两个,也影响不大。
值得一提的是,网络 RTK 的模型中,网络的稳定性对定位精度影响极大。必须保证网络通信稳定,从而确保差分数据稳定下发,才能实现超高定位精度。
█ 结语
RTK 技术经过多年的积累,已经变得越来越成熟。它的高精度、高速度、高稳定性特点,使得其被测绘、无人机、车载、安防等领域广泛应用。
未来,RTK 技术将会向更远距离、更高精度、多频多模、更高稳定性的方向发展。让我们拭目以待!
极飞无人机的rtk是什么?啥意思?有啥用?
PPK数据并记录精确位置、姿态、置信度、镜头标定参数等,提供精准航测影像输出,支持各种任务场景下的作业与后处理需求。结合遥控器内置APP以及PC地面站专业版,同时可扩展第三方专业建模软件,组成完整的软硬件解决方案,大幅降低航空摄影测量使用复杂度
RTK的工作原理是什么?
RTK工作原理:
基准站建在已知或未知点上;
基准站接收到的卫星信号通过无线通信网实时发给用户;
用户接收机将接收到的卫星信号和收到基准站信号实时联合解算,求得基准站和流动站间坐标增量(基线向量)。
下面是RTK的详细介绍:
RTK,将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。在GPS测量中,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK(实时差分定位是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它的出现极大地提高了野外作业效率。
高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果,历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。
在整周未知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。
扩展资料:
RTKLIB是日本东京海洋大学开发的一个开放源程序包,供标准与精确GNSS全球导航卫星系统应用。RTKLIB包括一个可移植的程序库和几个应用程序(AP)库。
RTKLIB的特点:
(1)支持标准的和精确的定位算法:GPS,GLONASS,QZSS准天顶卫星系统,北斗和SBAS
(2)支持多种定位模式与GNSS实时和后处理:单点,DGPS / DGNSS,动态的,静态的,移动基线,定点,PPP运动,PPP静态和PPP定点
(3)支持多种标准格式和协议GNSS:
RINEX 2.10,2.11,2.12 OBS /NAV/ GNAV / HNAV,RINEX 3.00 OBS / NAV,RINEX 3.00CLK,RTCM V.2.3,V.3.1 RTCM 1.0,NTRIP,RTCA/DO-229C,NMEA 0183,SP3-C,IONEX 1.0,ANTEX 1.3,NGS PCV和EMS 2.0.
关键技术:
RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率,这在无线电上不难实现。
随着科学技术的不断发展,RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS,有些城市建立起CORS系统,这就大大提高了RTK的测量范围,当然在数据传输方面也有了长足的进展,电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输,大大提高了数据的传输效率和范围。在仪器方面,不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、容易操作。
成功案例:
RTK助力皖电东送工程:
2013年1月6日,中央电视台新闻联播进行报道,随着最后一根导线跨越淮河牵引到位,“皖电东送”淮南至上海 [1] 特高压输变电工程淮河大跨越主体工程完工.运用了国际最顶级特高压输电技术的皖电东送工程,今天在近200米高空,成功完成了淮河大跨越施工,再次实现了我国电网建设的历史性突破。
1000千伏皖电东送特高压线路西起安徽淮南,经浙江、江苏后抵达上海,全长656公里,是目前世界上电压等级最高、输电容量最大的同塔双回路输电线路,投资总额186亿元,计划今年底投入运行。
特高压是指交流1000千伏及以上和直流正负800千伏及以上的电压等级。和一般输电线路相比,特高压具有输送容量大,输送距离远,电量损耗低等优点。但同时,它的技术难度和对设备的要求之高都是史无前例的,上世纪60-90年代,前苏联、美国、日本、意大利等国开展了特高压交流输电前期研究,都没能形成成熟的技术和装备。而在我国不但在特高压理论创新、技术攻关、工程实践等方面取得了全面突破,并且已经成为世界上首个,也是唯一一个成功掌握,并且实际运用了这项尖端技术的国家。
以承担本次“皖电东送”工程的合众思壮集思宝G970 RTK设备为例,其应用高精度GIS采集测量技术,可以凭借精确的GPS定位功能、厘米级采集精度、实时数据交互、高稳定的性能等特性在电力勘察设计、施工、放样等方面发挥作用,为设计、施工及决策人员提供精确的数据来源,为电力系统信息化的建设和管理提供可靠的依据。
目前我国已经建成并商业化运行3条特高压输电线路,包括“皖电东送”工程,正在建设的还有三条特高压线路,按照规划,我国将在特高压骨干网的基础上建成覆盖全国的智能电网,进一步缓解能源分布与使用不协调的矛盾。
参考资料: RTK-百度百科 RTK测量-百度百科
卫星定位定向及RTK原理是什么?
卫星定位定向及RTK原理:测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
卫星定位系统是一种使用卫星对某物进行准确定位的技术,它从最初的定位精度低、不能实时定位、难以提供及时的导航服务,发展到现如今的高精度GPS全球定位系统,实现了在任意时刻、地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以便实现导航、定位、授时等功能。
设备部分
用户设备部分即GPS 信号接收机,其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
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