本發(fā)明具體涉及一種分布式云RTK定位方法及系統(tǒng)。

背景技術：

RTK(Real Time Kinematic)技術是一種基于載波相位差份的實時動態(tài)定位技術，它是建立在實時處理兩個測站載波相位觀測量的基礎上，提供指定坐標系中的3維定位結果，實時定位精度可以達到厘米級，并具有實時性好、速度快等優(yōu)點。RTK的基本原理為，參考站與流動站同時接收衛(wèi)星信號，參考站將觀測數(shù)據(jù)(主要為載波相位、偽距)和參考站標準坐標位置通過數(shù)據(jù)鏈(調(diào)制解調(diào)器、電臺或通信網(wǎng)絡)傳輸給流動站，流動站利用軟件通過差分計算，降低流動站的觀測誤差，測算出流動站與參考站之間的相對坐標，根據(jù)參考站的標準坐標，實現(xiàn)精密定位，定位精度可達厘米級。RTK技術廣泛應用于室外高精度定位導航相關的行業(yè)，例如，測繪，駕考，智能控制，無人駕駛，無人機，遙感等。

RTK技術的核心在于考慮到參考站和流動站之間觀測數(shù)據(jù)值具備相同的電離層誤差、對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，得到參考站與流動站之間載波相位的整周模糊度與實時相位差，進而實現(xiàn)高精度定位。然而，RTK技術對于參考站與流動站之間的距離有一定的限制。通常而言，參考站和流動站之間的距離不能超過20km，稱之為短基線RTK。如果參考站與流動站之間的距離超過20km，則參考站和流動站具備的電離層和對流層誤差的相關性會大大降低，從而使得實時定位精度大幅度降低。對于參考站與流動站之間的距離超過20km以上的RTK技術稱之為長基線RTK。目前解決長基線RTK精密定位的關鍵技術為網(wǎng)絡RTK技術。網(wǎng)絡RTK技術的原理示意圖如圖1所示。首先，存在一個網(wǎng)絡RTK數(shù)據(jù)中心，其利用多個參考站(CORS站)的觀測數(shù)據(jù)生成不同位置下的虛擬參考站(VRS—Virtual Reference Station)并計算得到虛擬參考站的虛擬觀測值，進而建立一個虛擬參考站和虛擬觀測值的列表，并且通過收集所有RTK參考站的數(shù)據(jù)，實時更新虛擬參考站的虛擬參考值。其次，流動站通過粗定位(偽距單點定位)獲取10米以內(nèi)精度的定位結果，將其結果送給網(wǎng)絡RTK數(shù)據(jù)中心，RTK數(shù)據(jù)中心根據(jù)其定位結果計算出對應的虛擬參考站的位置和觀測值，并將相應的虛擬參考站的虛擬觀測值傳送給流動站。最后，流動站利用虛擬參考站的虛擬觀測值與本站觀測數(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站與虛擬參考站的整周模糊度與實時相位差，進一步得到厘米級的定位結果。

然而，網(wǎng)絡RTK存在一定的局限性。首先，需要建立一個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站之間能夠確保實時通信，并且對通信速率有一定的要求。而在一些偏遠地區(qū)，暫時沒有移動通信網(wǎng)絡或者當通信速率達不到RTK觀測數(shù)據(jù)傳輸速率要求時，網(wǎng)絡RTK技術就不能使用。其次，由于網(wǎng)絡RTK技術主要針對長基線RTK存在問題提出的解決方案，因此，網(wǎng)絡RTK技術無法通過短距離電臺的方式實現(xiàn)，只能通過有線網(wǎng)絡、無線蜂窩網(wǎng)絡或者無線局域網(wǎng)的形式將參考站的觀測信息通過internet網(wǎng)絡匯總到網(wǎng)絡RTK數(shù)據(jù)中心，觀測數(shù)據(jù)存在一定的傳輸延遲和處理延遲，對于動態(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)更新和流動站數(shù)據(jù)交互。并且，網(wǎng)絡RTK技術算法的復雜度和虛擬參考觀測值是隨著流動站的數(shù)量的增加而增大，進而給數(shù)據(jù)中心服務器處理和通信網(wǎng)絡傳輸帶來極大的負擔和壓力。近年來，高精度衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)的應用從傳統(tǒng)的測繪領域，延伸到了駕考，智能控制，無人駕駛，無人機，遙感等領域，從而導致高精度衛(wèi)星導航終端(流動站)的數(shù)量在不斷增加。不斷增加的高精度衛(wèi)星定位導航應用和定位終端使得網(wǎng)絡RTK技術的弊端越來越明顯。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種定位精度高、能夠實現(xiàn)以點及面的大規(guī)模定位解算、大規(guī)模應用時數(shù)據(jù)處理壓力小的分布式云RTK定位方法。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種應用所述分布式云RTK定位方法進行定位的系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的這種分布式云RTK定位方法，包括如下步驟：

S1.選取固定參考站，設置固定參考站自身的高精度標準坐標位置；

S2.步驟S1選取的固定參考站實時觀測并獲取RTK技術所需的觀測數(shù)據(jù)；

S3.固定參考站將步驟S1得到的高精度標準坐標位置發(fā)送給集中控制中心；

S4.集中控制中心分配固定參考站所屬的云定位解算中心；

S5.固定參考站將步驟S2獲取的觀測數(shù)據(jù)和步驟S1獲取的標準坐標位置發(fā)送給云定位解算中心；

S6.流動站對自身進行粗定位，并將得到的粗定位結果發(fā)送給集中控制中心；

S7.集中控制中心根據(jù)流動站發(fā)送的粗定位結果分配流動站所屬的云定位解算中心；

S8.流動站獲取RTK定位所需的觀測數(shù)據(jù)，并將獲取的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送所屬的云定位解算中心；

S9.云定位解算中心根據(jù)流動站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)解算得到流動站的粗定位結果；

S10.云定位解算中心根據(jù)步驟S9得到的流動站的粗定位結果，在候選參考站中選取流動站所匹配的基準參考站，并利用選取的基準參考站的觀測數(shù)據(jù)和流動站的觀測數(shù)據(jù)進行連續(xù)串行定位解算，得到流動站的精密定位結果并發(fā)送流動站。

所述的分布式云RTK定位方法還包括如下步驟：

S11.云定位解算中心將流動站粗定位結果發(fā)送集中控制中心，集中控制中心根據(jù)流動站的粗定位信息，判斷流動站是否已經(jīng)越過其當前所屬的云定位解算中心的服務區(qū)域：若已經(jīng)越過，則更新流動站所屬的云定位解算中心，并將更新信息發(fā)送流動站更新前和更新后的云定位解算中心且命令相應的云定位解算中心更新相應的數(shù)據(jù)信息。

步驟S10所述的候選參考站包括固定參考站和虛擬即時參考站。

所述的分布式云RTK定位方法還包括如下步驟：

S12.云定位解算中心計算流動站的偽距殘差和載波相位殘差；

S13.云定位解算中心根據(jù)步驟S7得到的流動站的偽距殘差和載波相位殘差，判斷所述流動站是否能夠成為虛擬即時參考站：若能，則云定位解算中心將所述流動站升級為虛擬即時參考站，并作為其他流動站的候選參考站。

S14.當云定位解算中心連續(xù)M次對流動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站的虛擬即時參考站功能。

步驟S12所述的計算流動站的偽距殘差和載波相位殘差，具體為采用如下算式進行計算：

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個頻點上的偽距觀測值和載波相位觀測值所對應的單點粗定位結果和精密定位結果分別為和站點的精確位置為(X^f,Y^f,Z^f)，第i顆衛(wèi)星的位置為(Xⁱ,Yⁱ,Zⁱ)。

步驟S13所述的判斷所述流動站是否能夠成為虛擬即時參考站，具體為采用如下規(guī)則進行判斷：

若流動站連續(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，則流動站模式能夠成為虛擬即時參考站；所述的N的取值越大，則定位精度越高。

所述的虛擬即時參考站所對應的N值越大，則虛擬即時參考站的等級越高。

所述的流動站所配對的虛擬即時參考站為等級比流動站的定位精度要求高的虛擬即時參考站。

所述的觀測數(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設置固定參考站，或者在任意位置設置固定參考站，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RTK技術中的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精密單點定位算法長時間獲取固定參考站的精確位置。

步驟S4所述的集中控制中心分配固定參考站所屬的云定位解算中心，具體為集中控制中心將固定參考站分配給距離固定參考站距離最近的云定位解算中心。

步驟S7所述的集中控制中心分配流動站所屬的云定位解算中心，具體為集中控制中心將流動站分配給距離流動站距離最近的云定位解算中心。

步驟S10所述的云定位解算中心選取候選參考站作為基準參考站，為采用如下規(guī)則進行選?。?/p>

流動站所配對的參考站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個流動站的粗定位位置為SD的取值與短基線RTK的精度的有關，SD取值越大則RTK定位精度越小。

本發(fā)明還提供了一種應用所述分布式云RTK定位方法進行定位的系統(tǒng)，包括一個集中控制中心、若干個云定位解算中心、若干個固定參考站、若干個流動站以及集中控制中心、云定位解算中心、固定參考站和流動站之間進行數(shù)據(jù)交互的鏈路；所述集中控制中心用于分配固定參考站所屬的云定位解算中心、分配流動站所屬的云定位解算中心以及對所述系統(tǒng)進行綜合管理；所述云定位解算中心用于進行流動站的粗定位、選取流動站的基準參考站并對流動站進行精確定位、判斷流動站能夠成為虛擬即時參考站并為虛擬即時參考站劃分等級；流動站為需要進行精確定位的流動站；固定參考站用于獲取自身所在位置的精確位置，獲取自身的觀測數(shù)據(jù)并發(fā)送云定位解算中心，還用于與流動站進行匹配和輔助定位流動站的位置；所述流動站所對應的基準參考站包括固定參考站和虛擬即時參考站，所述虛擬即時參考站由流動站轉換而來。

本發(fā)明提供的分布式云RTK定位方法及系統(tǒng)，所有流動站將觀測數(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流動站實現(xiàn)高精度位置定位，并將定位的位置信息回傳給流動站。本發(fā)明設計一種虛擬即時參考站技術，通過對流動站多次定位解算結果判決該流動站是否能成為虛擬即時參考站，并利用其觀測數(shù)據(jù)為其他流動站做差分定位解算服務，從而利用連續(xù)串行定位解算方法，實現(xiàn)以點及面的大規(guī)模定位解算能力。本發(fā)明提供的是一種基于云RTK技術，不需要進行大規(guī)模的集中式的CORS站網(wǎng)絡建設，使用本發(fā)明提供云RTK技術的終端越多，網(wǎng)絡的魯棒性越強，有效地解決了網(wǎng)絡RTK技術存在的關鍵問題，非常有利于高精度定位導航的大規(guī)模應用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的網(wǎng)絡RTK技術的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明的分布式云RTK系統(tǒng)的工作示意圖。

圖3為本發(fā)明的定位方法流程圖。

具體實施方式

如圖2所示為發(fā)明的分布式云RTK系統(tǒng)的工作示意圖：本發(fā)明提供的這種分布式云RTK系統(tǒng)，包括一個集中控制中心、若干個云定位解算中心、若干個固定參考站、若干個流動站以及集中控制中心、云定位解算中心、固定參考站和流動站之間進行數(shù)據(jù)交互的鏈路；所述集中控制中心用于分配固定參考站所屬的云定位解算中心、分配流動站所屬的云定位解算中心以及對所述系統(tǒng)進行綜合管理；所述云定位解算中心用于進行流動站的粗定位、選取流動站的基準參考站并對流動站進行精確定位、判斷流動站能夠成為虛擬即時參考站并為虛擬即時參考站劃分等級；流動站為需要進行精確定位的流動站；固定參考站用于獲取自身所在位置的精確位置，獲取自身的觀測數(shù)據(jù)并發(fā)送云定位解算中心，還用于與流動站進行匹配和輔助定位流動站的位置；所述流動站所對應的基準參考站包括固定參考站和虛擬即時參考站，所述虛擬即時參考站由流動站轉換而來。

如圖3所示為本發(fā)明提供的這種分布式云RTK定位方法，包括如下步驟：

S1.選取固定參考站，設置固定參考站自身的高精度標準坐標位置，具體為在已知精確位置的地點設置固定參考站，或者在任意位置設置固定參考站，并通過PPP精密單點定位算法長時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RTK技術中的CORS站；

S2.步驟S1選取的固定參考站實時觀測并獲取RTK技術所需的觀測數(shù)據(jù)(主要包括載波相位和偽距)；

S3.固定參考站將步驟S1得到的高精度標準坐標位置發(fā)送給集中控制中心；

S4.集中控制中心分配固定參考站所屬的云定位解算中心；一種可選的方法為集中控制中心將固定參考站分配給距離固定參考站距離最近的云定位解算中心；

S5.固定參考站將步驟S2獲取的觀測數(shù)據(jù)(主要包括載波相位和偽距)和步驟S1獲取的標準坐標位置發(fā)送給云定位解算中心；

S6.流動站對自身進行粗定位，并將得到的粗定位結果發(fā)送給集中控制中心；

S7.集中控制中心根據(jù)流動站發(fā)送的粗定位結果分配流動站所屬的云定位解算中心；一種可選的實施方式為集中控制中心將流動站分配給距離流動站距離最近的云定位解算中心；

S8.流動站獲取RTK定位所需的觀測數(shù)據(jù)(主要包括載波相位和偽距)，并將獲取的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送所屬的云定位解算中心；

S9.云定位解算中心根據(jù)流動站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)(主要包括載波相位和偽距)解算得到流動站的粗定位結果；

S10.云定位解算中心根據(jù)步驟S9得到的流動站的粗定位結果，在候選參考站(包括固定參考站和虛擬即時參考站)中選取流動站所匹配的基準參考站，為采用如下規(guī)則進行選?。?/p>

流動站所配對的參考站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個流動站的粗定位位置為SD的取值決定了短基線RTK的精度，SD取值過大會使得RTK定位精度下降甚至得不到解算結果；SD取值過小會導致可能不存在與當前流動站配對的參考站；一種可選的方式是，首先將SD設置為5km，若發(fā)現(xiàn)有參考站，則配對，若沒有發(fā)現(xiàn)可以配對的參考站，再將SD增加5km，直到發(fā)現(xiàn)有配對的參考站為止，其中SD最多累加到20km；

在選取了基準參考站后，利用選取的基準參考站的觀測數(shù)據(jù)和流動站的觀測數(shù)據(jù)進行連續(xù)串行定位解算，得到流動站的精密定位結果并發(fā)送流動站；

S11.云定位解算中心將流動站粗定位結果發(fā)送集中控制中心，集中控制中心根據(jù)流動站的粗定位信息，判斷流動站是否已經(jīng)越過其當前所屬的云定位解算中心的服務區(qū)域：若已經(jīng)越過，則更新流動站所屬的云定位解算中心，并將更新信息發(fā)送流動站更新前和更新后的云定位解算中心且命令相應的云定位解算中心更新相應的數(shù)據(jù)信息；

S12.云定位解算中心計算流動站的偽距殘差和載波相位殘差，具體為采用如下算式進行計算：

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個頻點上的偽距觀測值和載波相位觀測值所對應的單點粗定位結果和精密定位結果分別為和站點的精確位置為(X^f,Y^f,Z^f)，第i顆衛(wèi)星的位置為(Xⁱ,Yⁱ,Zⁱ)；

S13.云定位解算中心根據(jù)步驟S7得到的流動站的偽距殘差和載波相位殘差，判斷所述流動站是否能夠成為虛擬即時參考站：若能，則云定位解算中心將所述流動站升級為虛擬即時參考站，并作為其他流動站的候選參考站；

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

若流動站連續(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，則流動站模式能夠成為虛擬即時參考站；所述的N的取值越大，則定位精度越高，虛擬即時參考站的等級也越高，且高等級的虛擬即時參考站可以為低等級需求的流動站服務，而低等級的虛擬即時參考站不能為高等級需求的流動站服務；N可取任意整數(shù)值；N取值過小，容易造成即時參考站的虛警誤判，進而導致錯誤累積，使得改即時參考站所配對的流動站都產(chǎn)生定位錯誤，對整個RTK網(wǎng)絡造成錯誤的蔓延式擴散；N取值過大，容易造成極少數(shù)流動站能成為虛擬即時參考站，使得該云RTK網(wǎng)絡中可以使用的虛擬即時參考站過少；因此，N的取值根據(jù)不同的場景有不同的選擇方式；例如，在無人機，無人駕駛環(huán)境下，需要亞米級定位精度環(huán)境下，N取值可以為100-200左右，假設1秒的更新頻率，則流動站成為虛擬即時參考站需要經(jīng)過2-3分鐘的判決時間；在測繪環(huán)境下，需要厘米級定位精度，N的取值可以為1000-3000左右，假設1秒的更新頻率，則流動站成為虛擬即時參考站需要經(jīng)過20-60分鐘左右的判決時間；

S14.當云定位解算中心連續(xù)M次對流動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站的虛擬即時參考站功能。