网络 GPS 与 VRS研发部：鲍志雄摘要：介绍最近几年在网络 GPS 的标准制定的成果，同时帮助大家认识到现在存在的几种网络 GPS 的特点，同时介绍了我国国内的情况。关键词：GPS;GSM;GPRS;VRS;GPSNet;RTK;HTTP;NTRIPGPS 的发展历程 GPS 发展的历程是测量技术发展的过程，让我们来看看 GPS 接收机发展的过程：导航型 GPS 接收机 GPS 接收机诞生，用户只用一台 GPS 接收机就可以进行单点定位，精度达到 15 米, 无法用于高精度的测量工作，于是诞生了可以收集观测数据以及星历数据的测量型接收机。静态测量型 GPS 接收机 单频测量型 GPS 接收机诞生，用户可以使用多台接收机来进行静态测量。用户用几台接受机同时观测，可以利用误差的相关性，进行厘米级的静态测量，但是却不能在移动中得到较高的精度。单频测量型的精度很高，但是因为无法解决大气层的误差测量所以距离不能超过 20KM,虽然电离层和对流层模型可以改善部分测量结果，但是可信度也只有 75%.双频测量型 GPS 接受机诞生，双频接受机可以很好的解决电离层和对流层的改正，因此距离可以达到 20KM.静态测量可以很好的用于控制等部门，但是不能用在移动的载体上，所以发展出来了动态差分模式动态测量型 GPS 接收机 动态差分模式的实现，用户可以一台基准站，多台移动站的模式进行差分测量，精度可以达到 1 米，在这种模式下，用的是伪距来测量，精度不高，但是可以实现在移动的载体上测量，所以广泛用于海洋测量方面。动态载波相位测量技术的实现，用户可以使用单频或者双频接收机进行 RTK 测量，可以达到厘米级精度，在这种模式下，使用的是载波相位测量技术，精度很高，但是基站的建设费用也很高，同时从基准站到移动站用的电台一般都是高频电台，距离远，但是容易受到障碍物的遮挡，影响了实际测量效果。网络 GPS 测量方案 随着通讯技术的发展，GSM 和 GPRS 网络的建立，为我们的差分改正数据提供了新的传输方式，利用现有的 GSM 和 GPRS 网络来传输数据，用户可以省去基准站的发射电台和移动站的接收电台，同时在城市中测量在传输方面更稳定。但是，基站的费用依然很高，而且众多单位都会购买自己的基站，造成了资源的重复浪费，如果可以由一个组织统一购买基站，然后均匀的分配在城市里，用户只需要购买移动站就可以进行高精度的测量，那该多好，事实上这就是最初的网络 GPS 的概念，但是后来的发展远远不止如此。网络 GPS 技术和特点 随着网络化 GPS 的发展，网络的优势逐渐被人们所看到，他不仅仅局限在为 RTK 提供用网络来传播差分数据的狭义方式，而是用多台 GPS 在整个测控区域布网，形成网络布局的 GPS 站点，这些站点形成了对测区的不间断观测，然后，任何测量单位或者渴望享有这个资源的单位只要一个网络终端就可以获取到整个 GPS 网络的信息，在上面我们提到用这个网络来建成 RTK 观测网，任何网络终端只需要购买 GPS 接受机设备，然后获得登陆这个网络的权限，就可以进行高精度的 RTK 测量了，不用购买任何的基准站设备，而且可以在这个 GPS 观测站所覆盖的区域的任何地方都可以进行 RTK 测量。不仅仅如此，随着网络 RTK 技术发展出现了 VRS 技术，VRS 是 Virtual Reference Station 即虚拟基准站，这个技术可以在测控区域的任何一个地方虚拟出来一个基准站，就像架设在移动站身旁一样。这样移动站的初始化固定时间大大缩短。还有更绝的，网络化的 GPS 站点将所有资源集中起来，建立一个网站服务器，进行播发和提供下载，这样不仅可以进行移动的 RTK 测量，还可进行 DGPS 测量以及静态测量！静态测量，是的，只要用户拿着一台双频静态机，在网络范围内进行观测和采集，然后登陆网站将网络 GPS 的观测数据下载下来，就相当于一个静态网了。用户只是购买了一台静态机，工作时却像有几十台，上百台静态机一起工作一样。1.下面我们以几个图来说说网络 GPS 基准站点的布设.站点被均匀的布设在控制区内，每两个站点之间距离控制在 2 倍双频 RTK 静态的距离之内，当然，布设站点的实际距离和该地区所处位置的大气层活动有密切关系，如果该地区的大气层活动剧烈，则网络布设的要密些，如果该地区的大气层活动较少，则可以相应布设的稀疏些。2基于 VRS 技术的 GPS 网连接示意图可以看出，整个分为 5+1 个部分，1).GPS 基站数据源2).GPS 基站传输3).GPS 网络数据处理中心4).GPS 客户服务网络5).GPS 移动站附加的部分是 GPSServer Web，详细部分下面详细讲解。3基于广播方式的网络 GPS.可以看出，整个组成由四个部分1).NtripSource2).NtripServer3).NtripCaster4).NtripClient。问题似乎越来越复杂了，怎么有两种网络 GPS，其实这两种 GPS 是统一的，都是包括了基准站数据源，基准站的传输通道，数据汇集处理中心和移动站接受端，只不过应为彼此在传输方式和建立上有区别，所以有些不同，下面分别就基于广播方式的网络 GPS 和基于 VRS 技术的网络 GPS 作较详细的说明：基于广播方式的网络 GPS Ntrip 这里首先需要解释一下 Ntrip 的含义，其全称是 Network Transport of RTCM via Internet Protocol 是一个通过 Internet 网传输全球导航卫星系统 (GNSS)数据的协议，该协议是由 Timble Terrast 公司与德国多特蒙德大学联合制定的。这个协议基于 HTTP/1.1，GNSS除了有 RTCM 外，还包括其他的格式，通过移动 IP，Ntrip 协议支持无线网络访问如GSM、GPRS、EDGE 或者 UMTS。Ntrip 由三个部分组成：NtripClient、NtripServer 和 NtripCaster,其中 NtripCaster 实际上是Http 服务器，而 NtripClient 和 NtripServer 都是 HTTP 客户机。 下面我们分别就 NtripSource,NtripClient,NtripServer,NtripCaster 作说明：1NtripSource 就是一个基准站站点 提供连续的 GNSS 数据，那么一个数据源将要提供哪些信息呢？a)站点的位置信息及坐标信息b)站点的节点号（mountpoint ）, 这个节点号是由 NtripCaster 统一分配的。 c)导航系统比如是(GPS,GLONASS 或者 GPS+GLONASS)d)以何种格式播发，比如 RTCM2.0,RTCM2.3e)播发哪些类型的数据比如 RTCM2.3 中的 1，3，19f)播发的频率是多少，比如 1 号 1 次/秒，3 号 1 次/30 秒这些信息都将作为基准站点的资料被保存在数据源表里（Source-Table）.数据源就以上述信息中的格式以及频率提供数据。2NtripServer 就是将基准站的数据发送给数据处理中心的服务器 它的工作顺序如下：a)要在此之前先要向数据处理中心 NtripCaster 申请密码和节点。b)发送由 NtripCaster 分配的节点号和密码，告诉 NtripCaster 是我这个节点发来了数据。c)NtripServer 可以向数据处理中心 NtripCaster 发送数据。d)每个 NtripServer 提供一个基站的信息给 NtripCaster.NtripServer 与 NtripCaster 的通讯扩展了 HTTP 协议，增加部分诸如“SOURCE“的信息格式。3 . NtripCaster 是一个数据处理中心，同时它也是一个 HTTP 服务器 它监听一个端口接收 NtripServer 或者是 NtripClient 的数据请求。所以他需要在所有的NtripSource 和 NtripClient 之前运行。在 NtripCaster 上维护着一个 SourceTable 就是基准站点的表格，就是曾经向数据中心申请了节点号和密码的 NtripSource 的信息表格。数据中心负责这个表格的更新。这个表格包括下面三个内容：a)第一个内容是关于基准站信息的，就是 STR.上面的基准站信息已经作了说明。b)第二个内容是关于数据处理中心信息的，就是 CAS,它包括：NtripCaster 的 IP 地址或者名称如：141.74.243.11端口号 如 80，是否需要 NMEA 各式的数据（在 VRS 技术中描述）等等。c) 第三个内容是关于网络信息的，就是 NET.包括网络服务商的名字，比如数据流的访问保护级别关于网站信息的网络地址关于数据信息的网络地址关于注册的电子邮件或者网站的地址数据处理中心负责给基准站分发节点号，上传数据所需的密码，移动站访问数据所需的密码，安排顺序，统计信息等。因此，这个 HTTP 的服务器的设计是基于现存的一个名为“Icecast”的软件来开发的。这个软件其实我们大家很熟悉，就是在网上听音乐的，其实际作用就是将几百个数据源的数据分发给数以千计连接上的客户机。当然，数据处理中心重新设计了该软件用来支持 GNSS 数据，而且速度也不用以前要求那么高，NtripCaster 并没有对数据进行任何的编辑或者改动，在 Icecast 中，有个”*.conf”, 用于配置数据中心的设置，例如最大的数据源、最大的客户连接、验证密码等参数。Ntrip 协议继续使用了这个文件，上面我们也说过了，数据处理中心还负责维护数据源表。数据处理中心有两种版本：标准版和专业版，区别如下：1）.在于处理数据源和分发客户的数量级不同。标准版支持较少的数据源和客户连接。2).专业版的管理者还可以进行远程访问，管理者可以通过输入用户名和密码进行远程登录，也可以通过网络浏览器进入 Web 网站来登陆。管理者有权限组织数据源的数据，允许或者禁止客户机的访问，还可以剔除数据源，客户机的连接，以及察看所有客户机（包括NtripSource 和 NtripClient）的统计情况。3).专业版可以动态的修改数据源表4).专业版可以和其他的数据处理中心连接为了保证数据处理中心的长时间工作正常和准确，网络数据监视器（NtripMonitor ）被开发出来，一个数据处理中心至少有三个网络监视器来监视，监视器用来做以下工作1）每分钟下载一次数据处理中心维护的数据源表2）如果下载失败，则尝试连接数据处理中心。3）如果没有连通数据处理中心，则尝试连接其他地方的服务器。监视器同时会记录下来这些操作日志。监视器可以同时监视几个数据处理中心。作为网络监视器的辅助，有些数据处理中心也可以用本地监视器来监视。本地监视器不是数据处理中心的一部分，而是一个单独的软件。它也负责检查数据，在这个基础上生成1）NABU,即通知数据提供方(NtripSource)，当数据处理中心 15 分钟以上还没有收到数据源的数据，监视器就会用 E_mail 的形式通知数据提供方，同时，这个信息也会被保存下来供用户从网上下载。2）每日和每月的数据传输损耗图，数据传输损耗图是以本地监视器和远程网络监视器每分钟的检查情况为依据，而不是以数据处理中心的数据发送为依据。3）以及存在的数据源 /网络 /数据处理中心分布图，分布图都是以数据源表为依据的，如上所述，在数据源表里有基准站的位置信息，数据流格式信息，网络信息以及数据处理中心信息。可以从这个表中解码出分布图来。同时它也负责分析数据中心的日志，用来统计每日和每月的数据传输损耗以及访问数据中心的用户的信息，而且可以生成用户的使用费用账单，该帐单以 CSV 格式保存为 Excel表。4NtripClient 是数据接收客户机，就是我们通常的移动站 它与 NtripCaster 直接联系，在此之前需要向 NtripCaster 的