本發(fā)明具體涉及一種云RTK定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是一種基于載波相位差份的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的基礎(chǔ)上，提供指定坐標(biāo)系中的3維定位結(jié)果，實(shí)時(shí)定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)，并具有實(shí)時(shí)性好、速度快等優(yōu)點(diǎn)。RTK的基本原理為，參考站與流動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，參考站將觀測(cè)數(shù)據(jù)(主要為載波相位、偽距)和參考站標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置通過數(shù)據(jù)鏈(調(diào)制解調(diào)器、電臺(tái)或通信網(wǎng)絡(luò))傳輸給流動(dòng)站，流動(dòng)站利用軟件通過差分計(jì)算，降低流動(dòng)站的觀測(cè)誤差，測(cè)算出流動(dòng)站與參考站之間的相對(duì)坐標(biāo)，根據(jù)參考站的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)精密定位，定位精度可達(dá)厘米級(jí)。RTK技術(shù)廣泛應(yīng)用于室外高精度定位導(dǎo)航相關(guān)的行業(yè)，例如，測(cè)繪，駕考，智能控制，無人駕駛，無人機(jī)，遙感等。

RTK技術(shù)的核心在于考慮到參考站和流動(dòng)站之間觀測(cè)數(shù)據(jù)值具備相同的電離層誤差、對(duì)流層誤差和其它形式的公共誤差，利用差分的方式消除公共誤差，得到參考站與流動(dòng)站之間載波相位的整周模糊度與實(shí)時(shí)相位差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度定位。然而，RTK技術(shù)對(duì)于參考站與流動(dòng)站之間的距離有一定的限制。通常而言，參考站和流動(dòng)站之間的距離不能超過20km，稱之為短基線RTK。如果參考站與流動(dòng)站之間的距離超過20km，則參考站和流動(dòng)站具備的電離層和對(duì)流層誤差的相關(guān)性會(huì)大大降低，從而使得實(shí)時(shí)定位精度大幅度降低。對(duì)于參考站與流動(dòng)站之間的距離超過20km以上的RTK技術(shù)稱之為長(zhǎng)基線RTK。目前解決長(zhǎng)基線RTK精密定位的關(guān)鍵技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的原理示意圖如圖1所示。首先，存在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)中心，其利用多個(gè)參考站(CORS站)的觀測(cè)數(shù)據(jù)生成不同位置下的虛擬參考站(VRS—Virtual Reference Station)并計(jì)算得到虛擬參考站的虛擬觀測(cè)值，進(jìn)而建立一個(gè)虛擬參考站和虛擬觀測(cè)值的列表，并且通過收集所有RTK參考站的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新虛擬參考站的虛擬參考值。其次，流動(dòng)站通過粗定位(偽距單點(diǎn)定位)獲取10米以內(nèi)精度的定位結(jié)果，將其結(jié)果送給網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)中心，RTK數(shù)據(jù)中心根據(jù)其定位結(jié)果計(jì)算出對(duì)應(yīng)的虛擬參考站的位置和觀測(cè)值，并將相應(yīng)的虛擬參考站的虛擬觀測(cè)值傳送給流動(dòng)站。最后，流動(dòng)站利用虛擬參考站的虛擬觀測(cè)值與本站觀測(cè)數(shù)據(jù)做差分，再利用常規(guī)的快速模糊度解算算法獲取流動(dòng)站與虛擬參考站的整周模糊度與實(shí)時(shí)相位差，進(jìn)一步得到厘米級(jí)的定位結(jié)果。

然而，網(wǎng)絡(luò)RTK存在一定的局限性。首先，需要建立一個(gè)RTK數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心與所有RTK參考站的位置需要考慮。RTK數(shù)據(jù)中心與參考站以及流動(dòng)站之間能夠確保實(shí)時(shí)通信，并且對(duì)通信速率有一定的要求。而在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，暫時(shí)沒有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或者當(dāng)通信速率達(dá)不到RTK觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸速率要求時(shí)，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)就不能使用。其次，由于網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)主要針對(duì)長(zhǎng)基線RTK存在問題提出的解決方案，因此，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)無法通過短距離電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)，只能通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)或者無線局域網(wǎng)的形式將參考站的觀測(cè)信息通過internet網(wǎng)絡(luò)匯總到網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)中心，觀測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的傳輸延遲和處理延遲，對(duì)于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的高精度定位有一定的局限性。最后，RTK數(shù)據(jù)中心需要維持龐大的虛擬參考站數(shù)據(jù)更新和流動(dòng)站數(shù)據(jù)交互。并且，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)算法的復(fù)雜度和虛擬參考觀測(cè)值是隨著流動(dòng)站的數(shù)量的增加而增大，進(jìn)而給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器處理和通信網(wǎng)絡(luò)傳輸帶來極大的負(fù)擔(dān)和壓力。近年來，高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用從傳統(tǒng)的測(cè)繪領(lǐng)域，延伸到了駕考，智能控制，無人駕駛，無人機(jī)，遙感等領(lǐng)域，從而導(dǎo)致高精度衛(wèi)星導(dǎo)航終端(流動(dòng)站)的數(shù)量在不斷增加。不斷增加的高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航應(yīng)用和定位終端使得網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的弊端越來越明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種定位精度高、能夠?qū)崿F(xiàn)以點(diǎn)及面的大規(guī)模定位解算、大規(guī)模應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)處理壓力小的云RTK定位方法。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種應(yīng)用所述云RTK定位方法進(jìn)行定位的系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的這種云RTK定位方法，包括如下步驟：

S1.選取固定參考站，設(shè)置固定參考站自身的高精度標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置；

S2.步驟S1選取的固定參考站實(shí)時(shí)觀測(cè)并獲取RTK技術(shù)所需的觀測(cè)數(shù)據(jù)；

S3.固定參考站將步驟S2得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)和步驟S1得到的高精度標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置發(fā)送給云定位解算中心；

S4.流動(dòng)站實(shí)時(shí)觀測(cè)獲取RTK定位所需的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并將得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給云定位解算中心；

S5.云定位解算中心根據(jù)流動(dòng)站發(fā)送的觀測(cè)數(shù)據(jù)解算得到流動(dòng)站的粗定位結(jié)果；

S6.云定位解算中心根據(jù)步驟S5獲取的流動(dòng)站粗定位結(jié)果選取候選參考站作為基準(zhǔn)參考站，并利用選取的基準(zhǔn)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)串行定位解算，得到流動(dòng)站的精密定位結(jié)果并發(fā)送流動(dòng)站。

步驟S6所述的候選參考站包括固定參考站和虛擬即時(shí)參考站。

所述的云RTK定位方法還包括如下步驟：

S7.云定位解算中心計(jì)算流動(dòng)站的偽距殘差和載波相位殘差；

S8.云定位解算中心根據(jù)步驟S7得到的流動(dòng)站的偽距殘差和載波相位殘差，判斷所述流動(dòng)站是否能夠成為虛擬即時(shí)參考站：若能，則云定位解算中心將所述流動(dòng)站作為其他流動(dòng)站的候選參考站。

S9.當(dāng)云定位解算中心連續(xù)M次對(duì)流動(dòng)站的整周模糊度解算不成功，則云定位解算中心取消該流動(dòng)站的虛擬即時(shí)參考站功能。

步驟S7所述的計(jì)算流動(dòng)站的偽距殘差和載波相位殘差，具體為采用如下算式進(jìn)行計(jì)算：

式中

其中，Δρ^c為偽距殘差，Δρ^f為載波相位殘差，第i顆衛(wèi)星的每t個(gè)頻點(diǎn)上的偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值所對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)粗定位結(jié)果和精密定位結(jié)果分別為和站點(diǎn)的精確位置為(X^f,Y^f,Z^f)，第i顆衛(wèi)星的位置為(Xⁱ,Yⁱ,Zⁱ)。

步驟S8所述的判斷所述流動(dòng)站是否能夠成為虛擬即時(shí)參考站，具體為采用如下規(guī)則進(jìn)行判斷：

若流動(dòng)站連續(xù)N次整周模糊度解算成功，并且每次解算的偽距殘差值不大于2米，且載波相位殘差值不大于2厘米，則流動(dòng)站模式能夠成為虛擬即時(shí)參考站；所述的N的取值越大，則定位精度越高。

所述的虛擬即時(shí)參考站所對(duì)應(yīng)的N值越大，則虛擬即時(shí)參考站的等級(jí)越高。

所述的流動(dòng)站所配對(duì)的虛擬即時(shí)參考站為等級(jí)比流動(dòng)站的定位精度要求高的虛擬即時(shí)參考站。

所述的觀測(cè)數(shù)據(jù)包括載波相位和偽距。

步驟S1所述的固定參考站的選取，具體為在已知精確位置的地點(diǎn)設(shè)置固定參考站，或者在任意位置設(shè)置固定參考站，并通過定位算法獲取固定參考站的精確位置；且所述的固定參考站能夠兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中的CORS站。

所述的通過定位算法獲取固定參考站的精確位置，具體為通過PPP精密單點(diǎn)定位算法長(zhǎng)時(shí)間獲取固定參考站的精確位置。

步驟S6所述的云定位解算中心選取候選參考站作為基準(zhǔn)參考站，為采用如下規(guī)則進(jìn)行選?。?/p>

流動(dòng)站所配對(duì)的參考站h_j為式中argmin()為取最大值所在的索引，γ＝{h＝1,...,3,ΔD_j,h＜SD}；其中第h個(gè)參考站的精密位置為偽距殘差和載波相位殘差為和第j個(gè)流動(dòng)站的粗定位位置為SD的取值與短基線RTK的精度的有關(guān)，SD取值越大則RTK定位精度越小。

本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用所述云RTK定位方法進(jìn)行定位的系統(tǒng)，包括一個(gè)云定位解算中心、若干個(gè)固定參考站、若干個(gè)流動(dòng)站以及云定位解算中心、固定參考站和流動(dòng)站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的鏈路；所述云定位解算中心用于進(jìn)行流動(dòng)站的粗定位、選取流動(dòng)站的基準(zhǔn)參考站并對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行精確定位、判斷流動(dòng)站能夠成為虛擬即時(shí)參考站并為虛擬即時(shí)參考站劃分等級(jí)；流動(dòng)站為需要進(jìn)行精確定位的流動(dòng)站；固定參考站用于獲取自身所在位置的精確位置，獲取自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)并發(fā)送云定位解算中心，還用于與流動(dòng)站進(jìn)行匹配和輔助定位流動(dòng)站的位置；所述流動(dòng)站所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)參考站包括固定參考站和虛擬即時(shí)參考站，所述虛擬即時(shí)參考站由流動(dòng)站轉(zhuǎn)換而來。

本發(fā)明提供的云RTK定位方法及系統(tǒng)，所有流動(dòng)站將觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，云端通過本發(fā)明提供的連續(xù)串行定位解算方法為每一個(gè)流動(dòng)站實(shí)現(xiàn)高精度位置定位，并將定位的位置信息回傳給流動(dòng)站。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種虛擬即時(shí)參考站技術(shù)，通過對(duì)流動(dòng)站多次定位解算結(jié)果判決該流動(dòng)站是否能成為虛擬即時(shí)參考站，并利用其觀測(cè)數(shù)據(jù)為其他流動(dòng)站做差分定位解算服務(wù)，從而利用連續(xù)串行定位解算方法，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)及面的大規(guī)模定位解算能力。本發(fā)明提供的是一種基于云RTK技術(shù)，不需要進(jìn)行大規(guī)模的集中式的CORS站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使用本發(fā)明提供云RTK技術(shù)的終端越多，網(wǎng)絡(luò)的魯棒性越強(qiáng)，有效地解決了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)存在的關(guān)鍵問題，非常有利于高精度定位導(dǎo)航的大規(guī)模應(yīng)用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明的云RTK定位系統(tǒng)的工作示意圖。

圖3為本發(fā)明的定位方法流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示為本發(fā)明的云RTK定位系統(tǒng)的工作示意圖：本發(fā)明提供的這種應(yīng)用所述云RTK定位方法進(jìn)行定位的定位系統(tǒng)，包括一個(gè)云定位解算中心、若干個(gè)固定參考站、若干個(gè)流動(dòng)站以及云定位解算中心、固定參考站和流動(dòng)站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的鏈路；所述云定位解算中心用于進(jìn)行流動(dòng)站的粗定位、選取流動(dòng)站的基準(zhǔn)參考站并對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行精確定位、判斷流動(dòng)站能夠成為虛擬即時(shí)參考站并為虛擬即時(shí)參考站劃分等級(jí)；流動(dòng)站為需要進(jìn)行精確定位的流動(dòng)站；固定參考站用于獲取自身所在位置的精確位置，獲取自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)并發(fā)送云定位解算中心，還用于與流動(dòng)站進(jìn)行匹配和輔助定位流動(dòng)站的位置；所述流動(dòng)站所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)參考站包括固定參考站和虛擬即時(shí)參考站，所述虛擬即時(shí)參考站由流動(dòng)站轉(zhuǎn)換而來。

如圖3所示為本發(fā)明的定位方法流程圖：本發(fā)明提供的這種云RTK定位方法，包括如下步驟：

S1.選取固定參考站，設(shè)置固定參考站自身的高精度標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置；具體為在已知精確位置的地點(diǎn)設(shè)置固定參考站，或者在任意位置設(shè)置固定參考站，并通過PPP精密單點(diǎn)定位算法長(zhǎng)時(shí)間獲取固定參考站的精確位置；且所述的固定參考站能夠兼容現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中的CORS站；

S2.步驟S1選取的固定參考站實(shí)時(shí)觀測(cè)并獲取RTK技術(shù)所需的觀測(cè)數(shù)據(jù)(主要為載波相位和偽距)；

S3.固定參考站將步驟S2得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)(主要為載波相位和偽距)和步驟S1得到的高精度標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)位置發(fā)送給云定位解算中心；

S4.流動(dòng)站實(shí)時(shí)觀測(cè)獲取RTK定位所需的觀測(cè)數(shù)據(jù)(主要為載波相位和偽距)，并將得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給云定位解算中心；

S5.云定位解算中心根據(jù)流動(dòng)站發(fā)送的觀測(cè)數(shù)據(jù)(主要為載波相位和偽距)解算得到流動(dòng)站的粗定位結(jié)果；

S6.云定位解算中心根據(jù)步驟S5獲取的流動(dòng)站粗定位結(jié)果選取候選參考站(包括固定參考站和虛擬即時(shí)參考站)作為基準(zhǔn)參考站，具體為采用如下規(guī)則進(jìn)行選?。?/p>

流動(dòng)站所配對(duì)的參考站h_j為式中argmin()為取最大值所在的索引，γ＝{h＝1,...,3,ΔD_j,h＜SD}；其中第h個(gè)參考站的精密位置為偽距殘差和載波相位殘差為和第j個(gè)流動(dòng)站的粗定位位置為SD取值過大會(huì)使得RTK定位精度下降甚至得不到解算結(jié)果；SD取值過小會(huì)導(dǎo)致可能不存在與當(dāng)前流動(dòng)站配對(duì)的參考站；一種可選的方式是，首先將SD設(shè)置為5km，若發(fā)現(xiàn)有參考站，則配對(duì)，若沒有發(fā)現(xiàn)可以配對(duì)的參考站，再將SD增加5km，直到發(fā)現(xiàn)有配對(duì)的參考站為止，其中SD最多累加到20km；

在選取基準(zhǔn)參考站后，利用選取的基準(zhǔn)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)串行定位解算，得到流動(dòng)站的精密定位結(jié)果并發(fā)送流動(dòng)站；

S7.云定位解算中心計(jì)算流動(dòng)站的偽距殘差和載波相位殘差，具體為采用如下算式進(jìn)行計(jì)算：

式中

其中，Δρ^c為偽距殘差，Δρ^f為載波相位殘差，第i顆衛(wèi)星的每t個(gè)頻點(diǎn)上的偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值所對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)粗定位結(jié)果和精密定位結(jié)果分別為和站點(diǎn)的精確位置為(X^f,Y^f,Z^f)，第i顆衛(wèi)星的位置為(Xⁱ,Yⁱ,Zⁱ)；

S8.云定位解算中心根據(jù)步驟S7得到的流動(dòng)站的偽距殘差和載波相位殘差，判斷所述流動(dòng)站是否能夠成為虛擬即時(shí)參考站：若能，則云定位解算中心將所述流動(dòng)站作為其他流動(dòng)站的候選參考站，即，該流動(dòng)站的高精度定位結(jié)果和觀測(cè)數(shù)據(jù)作為其他流動(dòng)站的候選參考站的輸入數(shù)據(jù)處理；所述的判斷流動(dòng)站是否能夠成為虛擬即時(shí)參考站，具體為采用如下規(guī)則進(jìn)行判斷：

若流動(dòng)站連續(xù)N次整周模糊度解算成功，并且每次解算的偽距殘差值不大于2米，且載波相位殘差值不大于2厘米，則流動(dòng)站模式能夠成為虛擬即時(shí)參考站；N可取任意整數(shù)值。N取值過小，容易造成即時(shí)參考站的虛警誤判，進(jìn)而導(dǎo)致錯(cuò)誤累積，使得改即時(shí)參考站所配對(duì)的流動(dòng)站都產(chǎn)生定位錯(cuò)誤，對(duì)整個(gè)RTK網(wǎng)絡(luò)造成錯(cuò)誤的蔓延式擴(kuò)散。N取值過大，容易造成極少數(shù)流動(dòng)站能成為虛擬即時(shí)參考站，使得該云RTK網(wǎng)絡(luò)中可以使用的虛擬即時(shí)參考站過少。因此，N的取值根據(jù)不同的場(chǎng)景有不同的選擇方式，總體而言，虛擬即時(shí)參考站所對(duì)應(yīng)的N值越大，則虛擬即時(shí)參考站的等級(jí)越高，定位越精確；例如，在無人機(jī)，無人駕駛環(huán)境下，需要亞米級(jí)定位精度環(huán)境下，N取值可以為100-200左右，假設(shè)1秒的更新頻率，則流動(dòng)站成為虛擬即時(shí)參考站需要經(jīng)過2-3分鐘的判決時(shí)間。在測(cè)繪環(huán)境下，需要厘米級(jí)定位精度，N的取值可以為1000-3000左右，假設(shè)1秒的更新頻率，則流動(dòng)站成為虛擬即時(shí)參考站需要經(jīng)過20-60分鐘左右的判決時(shí)間；

同時(shí)，為了保證不同環(huán)境下的高精度定位服務(wù)，設(shè)計(jì)不同等級(jí)的虛擬即時(shí)參考站，其具體規(guī)則為N的取值的不同來設(shè)定，N的取值越大，其等級(jí)越高，N的取值越低，其等級(jí)越低；高等級(jí)的虛擬即時(shí)參考站可以為低等級(jí)需求的流動(dòng)站服務(wù)，而低等級(jí)的虛擬即時(shí)參考站不能為高等級(jí)需求的流動(dòng)站服務(wù)；

S9.當(dāng)云定位解算中心連續(xù)M次對(duì)流動(dòng)站的整周模糊度解算不成功，則云定位解算中心取消該流動(dòng)站的虛擬即時(shí)參考站功能。