一种兼容似大地水准面模型的实时网络RTK定位方法与流程

本发明涉及一种多系统融合导航定位技术，特别涉及一种兼容似大地水准面模型的实时网络rtk定位方法，属于gnss(globalnavigationsatellitesystem)定位与导航技术领域。

背景技术：

地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离称为正常高，似大地水准面模型一般通过高精度的gps测量与水准测量得到的可靠数据拟合而成。一般的网络rtk(在一个区域内建立多个gps参考站，对该区域构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准计算和发播gps改正信息，从而对该地区内的gps用户进行实时改正的定位方式称为gps网络rtk)测量中，由于似大地水准面模型的缺失，用户只能得到大地高而不是用于生产实践的正常高。

目前cors(continuouslyoperatingreferencestations，连续运行卫星定位服务)系统与似大地水准面模型在实际应用中上依然保持相互独立，基本上采用后处理或准实时处理的方式完成gps高程转换。

cors网络能够提供厘米级精度的wgs84(worldgeodeticsystem1984，为gps全球定位系统使用而建立的坐标系统)实时三维坐标，但不能实时提供观测点的正常高，如果能实时获取观测点的高精度正常高，将极大的提高工程效率。通过cors系统与似大地水准面模型的集成应用可以达到这个目的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种兼容似大地水准面模型的实时网络rtk定位方法，在vrs(虚拟参考站)技术基础上，根据gga中的经纬度，利用似大地水准面格网数据进行内插得到用户流动站的高程异常，将虚拟参考站的空间直角坐标减去因高程异常改正而产生的空间直角坐标差发送给用户流动站，用户流动站进行相对定位得到的高程即为正常高，本发明充分利用cors系统与高精度似大地水准面模型，用户流动站可以实时得到包含正常高的高精度大地坐标，有效提高工程效率，减少工作量。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种兼容似大地水准面模型的实时网络rtk定位方法，包括以下步骤：

步骤1，根据gga(globalpositioningsystemfixdata，gps定位信息)提供的经纬度和大地高，得到用户流动站的概略位置，在数据处理中心，根据用户概略位置的大地坐标b,l，利用似大地水准面格网数据以及高程异常内插函数计算得到用户概略位置的高程异常和正常高；

步骤2，将最近(虚拟)参考站的坐标减去因高程异常改正而产生的坐标差，发送给用户流动站，用户流动站进行rtk(real-timekinematic，实时动态定位技术)相对定位，得到包含正常高的大地坐标。

作为本发明的进一步改进，步骤1具体为：

步骤11，用户流动站上传nmea(nationalmarineelectronicsassociation，gps导航设备统一的rtcm标准协议)格式的gga至数据处理中心；

步骤12，数据处理中心根据流动站实时上传gga中的经纬度，利用似大地水准面格网数据进行内插得到用户流动站端的高程异常ξ；

步骤13，根据计算得到的高程异常与原有大地高h，得到用户位置的正常高h′＝h-ξ。

作为本发明的进一步改进，步骤2具体为：

步骤21，将大地坐标(b,l,h)与(b,l,h′)分别转化为空间直角坐标(x,y,z)与(x′,y′,z′)，坐标转换的公式为：

其中a、e分别为wgs84参考椭球的长半轴与第一偏心率，a＝6378137.0m,e²＝0.00669437999014132；

步骤22，求取空间直角坐标(x,y,z)与(x′,y′,z′)的差值(δx,δy,δz)：

步骤23，将(虚拟)参考站坐标(xs,ys,zs)减去差值(δx,δy,δz)，得到(xu,yu,zu)，连同(虚拟)观测值发送给用户流动站：

步骤24，用户流动站端进行rtk相对定位，得到大地坐标(b,l,h′),其中h′即为流动站的正常高。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用cors系统与似大地水准面模型的集成应用实时提供观测点的高精度正常高，克服了现有技术对正常高求解采用后处理或者准实时处理这个不足之处；

(2)本发明同时兼容多个卫星导航定位系统，相比现有技术，提高工程效率的同时保证了定位的精度。

附图说明

图1是本发明提供的一种兼容似大地水准面模型的实时网络rtk定位方法的流程图。

图2是已知点的点位精度测试高程异常图。

图3是龙潭测试点rtk静态点位精度测试高程异常图。

图4是工业学院测试点rtk静态点位精度测试高程异常图。

图5是rtk实时放样测试高程异常图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明所述的一种兼容似大地水准面模型的实时网络rtk定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，根据gga(globalpositioningsystemfixdata)提供的经纬度和大地高，得到用户流动站的概略位置，在数据处理中心，根据用户概略位置的大地坐标b,l，利用似大地水准面格网数据以及高程异常内插函数计算得到用户概略位置的高程异常和正常高；

步骤2，将最近(虚拟)参考站的坐标减去因高程异常改正而产生的坐标差，发送给用户流动站，用户流动站进行rtk(real-timekinematic)相对定位，得到包含正常高的大地坐标。

所述步骤1中，用户概略位置的高程异常和正常高获取包括以下步骤：

步骤11，用户流动站上传nmea(nationalmarineelectronicsassociation)格式的gga至数据处理中心；

步骤12，数据处理中心根据步骤11流动站实时上传gga中的经纬度，利用似大地水准面格网数据进行内插得到用户流动站端的高程异常ξ；

步骤13，根据步骤12计算得到的高程异常与原有大地高h，得到用户位置的正常高h′＝h-ξ。

至此，用户流动站概略位置的高程异常和正常高已获得。

所述步骤2中，包含正常高的大地坐标计算包括以下步骤：

步骤21，大地坐标(b,l,h)与(b,l,h′)利用式(1)分别转化为空间直角坐标(x,y,z)与(x′,y′,z′)：

其中a、e分别为wgs84参考椭球的长半轴与第一偏心率，a＝6378137.0m,e²＝0.00669437999014132。

步骤22，利用式(2)求取空间直角坐标(x,y,z)与(x′,y′,z′)的差值(δx,δy,δz)：

步骤23，根据式(3)，将(虚拟)参考站坐标(xs,ys,zs)减去差值(δx,δy,δz)，得到(xu,yu,zu)，连同(虚拟)观测值发送给用户流动站：

步骤24，用户流动站端进行rtk相对定位，得到大地坐标(b,l,h′),其中h′即为流动站的正常高。

至此，已通过概略位置似大地水准面模型改正结合cors系统实时获取包含正常高的高精度大地坐标。

图2表示流动站在已知点测试的高程异常图；图3与图4分别是龙潭测试点和工业学院测试点rtk静态点位精度测试高程异常图；图5是rtk实时放样测试高程异常图。

高精度的似大地水准面模型是获取高精度正常高的保证。本方法基于cors系统与似大地水准面模型的集成，在vrs技术基础上，根据用户流动站上传的gga中的经纬度信息，在用户流动站附近建立一个虚拟的参考站，并根据周围各网络内所有参考站上的实际观测值算出该虚拟参考站上的虚拟观测值，然后利用似大地水准面格网数据进行内插得到用户流动站的高程异常，根据计算得到的高程异常与原有的大地高，得到用户概略位置的正常高，再将包含大地高和正常高的大地坐标分别转换为空间直角坐标并求两者差值，将虚拟参考站的空间直角坐标减去两者差值后，连同虚拟观测值进行rtcm编码后发送给用户流动站，最后用户流动站与虚拟参考站进行相对定位得到的高程即为正常高。本发明充分利用cors系统与高精度似大地水准面模型，用户流动站可以实时得到包含正常高的高精度大地坐标，有效提高工程效率，减少工作量。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。