定义: 厘米级定位精度,即定位误差范围在10cm以内的位置数据服务。目前主要基于卫星定位、传感器定位等技术原理实现。开普勒厘米级定位服务是基于卫星定位纠偏(载波相位差分)技术实现的厘米级高精度定位,一般情况下水平精度可以达到2厘米、高程精度可以达到5厘米。
原理: 导航卫星定位物体,其实就是卫星向这个物体发信号,只要用单程信号传输时间(T1)与信号传输速度(S)相乘,就能算出该物体与卫星间的距离(D1)。当4颗以上卫星同时向一个物体发信号时,就能分别算出该物体与各卫星间的距离(D1、D2、D3、D4)。这样,只要分别以各个卫星为中心,以它们各自到该物体的距离为半径画圆,就能在唯一的交点处精准确定该物体的坐标了。
但实际上,卫星工作受多因素干扰,比如,卫星信号穿过地球对流层、电离层时会发生折射,射到建筑上会发生反射,这都会导致信号传播时间计算有误,继而带来距离计算错误,从而产生几十米甚至超百米的定位误差。
建设地基增强系统正是消除卫星定位误差的有效手段。首先,在地面建立精确坐标(X、Y、Z)已知的地基增强站。由导航卫星对基站进行定位,得到基站实时定位坐标(X1、Y1、Z1)。因受多因素干扰,两者之间必然存在综合定位误差(设定为E)。通过计算基站精确坐标(X、Y、Z)与实时定位坐标(X1、Y1、Z1)间对应项的差值,就能把综合定位误差E计算出来。
而以基站为中心的20至40公里半径范围内,对流层、电离层运动等对卫星定位影响基本一致。所以只要基站把综合定位误差E实时播发给该范围内终端。它们就可在卫星定位时,把定位误差计算进去,从而实现亚米级甚至厘米级高精准定位。
发展阶段: 高精度定位技术走过了三个发展阶段
第一代:单基站RTK技术
常规单基站RTK极大地方便了需要动态高精度服务的用户,但在实际应用中存在明显的制约。比如,测量范围,用户站和基准站的距离需要小于10km;随着测量区域的变化,需要不断设置和变更基准站。
第二代:网络RTK技术
针对以上常规RTK定位存在的问题,网络RTK技术应运而生,满足中长距离用户和某些特殊要求的用户(如监测丘陵及山区的用户)。
网络RTK技术在服务端利用载波差分技术原理,通过在区域内布设一定范围的基准站,形成分布较为均匀的连续运行基准站(CORS),利用基准站实时数据网络求解基线模糊度,建立区域大气误差模型,基于用户位置向用户实时播发虚拟站的修正观测信息,为覆盖范围区域内的所有用户提供稳定等精度的增强服务。对于终端用户,利用短基线RTK技术,消除如卫星轨道误差、卫星钟误差、电离层延迟、对流层延迟等误差项,实现载波模糊度的快速整数固定,实现厘米级高精度定位。
网络RTK需要畅通的数据通信链路,网络覆盖范围广、信号稳定,但对网络要求并非特别高。目前作业环境中,3G/4G具有足够的数据带宽,已经完全可以作为通信数据链路的载体。
目前,我国多个区域已建成省级CORS系统,满足地区内对于高精度位置应用的需求。
不过,网络RTK依然受到一些技术限制。比如随着基线长度的增长,模糊度的固定成功率受大气误差影响明显而逐渐降低,且需要建立用户和数据中心的通讯链路,当用户存在较大的距离变化时,存在播发主站切换的情况,造成模糊度结果出现变化。
不过,网络RTK依然受到一些技术限制。比如随着基线长度的增长,模糊度的固定成功率受大气误差影响明显而逐渐降低,且需要建立用户和数据中心的通讯链路,当用户存在较大的距离变化时,存在播发主站切换的情况,造成模糊度结果出现变化。
随着数字信息技术的发展,高精度定位服务在智慧城市建设、水路交通导航、精密测绘等国民经济的各个领域显现出战略意义,成为连接虚拟和现实的桥梁,无论是国家还是行业、大众市场,都对精准位置服务需求越来越大。
2016年6月,作为“全国一张网”的建设和运营方,开普勒卫星科技宣布:国家北斗地基增强系统正式投入运行,开始向全社会提供服务。
据介绍,该系统分布在全国的基准站实时接收北斗、GPS、GLONASS、Galileo卫星信号,通过专网传至国家北斗数据处理中心,由部署数据中心的开普勒云平台解算实时播发差分数据,用户可根据需要获取实时亚米级、厘米级、后处理毫米级精度的位置服务。“全国一张网”已完成了近1200座基准站建设和组网工作,整网系统全部使用国产设备,核心技术、芯片、算法全部自主可控。