CN217718109U - 一种基于双基准站的rtk放样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双基准站的RTK放样系统，包括基准站模块、流动站、数据处理模块和上位机；所述基准站模块包括基准站Ⅰ、与基准站Ⅰ连接的天线Ⅰ、基准站Ⅱ及与基准站Ⅱ连接的天线Ⅱ，基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别通过通信链路与流动站中对应的GNSS板卡相连，流动站与数据处理模块相连，数据处理模块与上位机连接。本实用新型构建的基于双基准站的RTK放样系统更符合施工测量实际；使得测量人员不需要进行事后处理即可获得所需施工坐标系下的放样点位置，并根据上位机的提示信息快速找到放样点位置，完成放样过程，简化了操作步骤、提高了放样效率。

Description

一种基于双基准站的RTK放样系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于双基准站的RTK放样系统，属于测绘领域。

背景技术

载波相位差分技术(Real-time kinematic,RTK)，基准站通过数据链路将其差分数据信息传送给流动站，利用基准站和流动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去流动站观测数据中的大部分误差，从而实时获得高精度的定位结果。RTK技术是卫星定位的重大里程碑，被广泛应用在工程放样、地形测量等许多领域。

RTK技术利用测站之间误差相似性，需要测站之间的距离在10Km左右的一个范围才能得到较高的定位结果。传统的RTK定位方法采用“1+1”的定位方案，即1个基准站加一个流动站，这种定位方案限制了流动站的作业范围；网络RTK利用地面布设的多个基准站组成的连续运行网络(CORS)，综合利用各个基准站的观测数据，通过建立精确的误差修正模型，通过实时发送RTCM差分改正数修正流动站的定位精度。网络RTK拓展了流动站的测量范围，但建设成本、技术要求高，只有少数企业建立了大范围的CORS网，用户需要付费才能获得相应服务，而且用户要测量的区域需覆盖了CORS网络信号才能采用此种定位方法。此外，卫星接收机的手薄较为笨重、功能单一，操作较为繁琐，需要专业人员才能熟练操作，并且数据处理效率较低。因此，有必要搭建基于双基准站的RTK放样系统用于放样，而构建基于双基准站的RTK放样系统，需要考虑其构成及连接。

发明内容

本实用新型提供了一种基于双基准站的RTK放样系统，通过基准站模块、流动站、数据处理模块和上位机构建了基于双基准站的RTK放样系统。

本实用新型的技术方案是：一种基于双基准站的RTK放样系统，包括基准站模块12、流动站11、数据处理模块14和上位机；所述基准站模块12包括基准站Ⅰ、与基准站Ⅰ连接的天线Ⅰ、基准站Ⅱ及与基准站Ⅱ连接的天线Ⅱ，基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别通过通信链路与流动站11中对应的GNSS板卡相连，流动站11与数据处理模块14相连，数据处理模块14与上位机连接。

所述流动站11包括GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ、天线Ⅲ，GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ连接同一天线Ⅲ；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ利用天线Ⅲ获得的观测数据分别和接收到的基准站Ⅰ的差分数据、基准站Ⅱ的差分数据进行独立解算，获得位置信息，并发送到数据处理模块14；数据处理模块14将流动站11发来的位置信息通过WIFI模块13发送到上位机。

所述通信链路包括4G通信和电台通信两种方式。

所述数据处理模块14采用MK22FN512主控芯片；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别将解算的位置信息传输到MK22FN512主控芯片的管脚3和管脚63；MK22FN512主控芯片将管脚3和管脚63接收的GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别解算的位置信息进行处理，然后通过管脚59连接到WIFI模块13的RXD端口。

所述上位机采用安卓手机。

所述基准站Ⅰ、基准站Ⅱ、GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ采用的型号相同，采用Trimble的MB2；所述WIFI模块13采用ESP8266。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型流动站不仅可以分别利用基准站Ⅰ和基准站Ⅱ的差分数据进行位置解算，即当其中一个基准站离流动站较远使得流动站不能接收到其发送的差分信息时，流动站根据另一个基准站提供的差分信息也能进行定位；流动站也可同时利用基准站Ⅰ和基准站Ⅱ的差分数据进行定位，即当流动站能同时接收到基准站Ⅰ和基准站Ⅱ发送的差分数据。双基准站扩大了流动站的测量范围；同时，利用双基准站提供的差分数据可以得到可靠的定位结果，而无需再将基准站架设到其它控制点进行测量就可获得可靠的定位结果；因此，基于双基准站的RTK放样系统更符合施工测量实际。

2、通过本实用新型的硬件平台，使得测量人员不需要进行事后处理即可用于获得所需施工坐标系下的放样点位置，并可根据上位机的提示信息快速找到放样点位置，完成放样过程，简化了操作步骤、提高了放样效率。

附图说明

图1为本实用新型中所述系统的结构框图；

图2为本实用新型中所述基准站的通信范围图；

图3为本实用新型中数据处理流程图；

图4为本实用新型中流动站电路图；

图5为本实用新型中安卓APP应用界面；

图6为本实用新型中安卓APP应用对基准站进行配置界面；

图7为本实用新型中安卓APP应用初始化界面；

图8为本实用新型中安卓APP应用放样界面；

图中各标号为：11-流动站，12-基准站模块，13-WIFI模块，14-数据处理模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对实用新型做进一步的说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-8所示，一种基于双基准站的RTK放样系统，包括基准站模块12、流动站11、数据处理模块14和上位机；所述基准站模块12包括基准站Ⅰ、与基准站Ⅰ连接的天线Ⅰ、基准站Ⅱ及与基准站Ⅱ连接的天线Ⅱ，基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别通过通信链路与流动站11中对应的GNSS板卡相连，流动站11与数据处理模块14相连，数据处理模块14与上位机连接。

可选地，所述流动站11包括GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ、天线Ⅲ，GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ连接同一天线Ⅲ；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ利用天线Ⅲ获得的观测数据分别和接收到的基准站Ⅰ的差分数据、基准站Ⅱ的差分数据进行独立解算，获得位置信息，并发送到数据处理模块14；数据处理模块14将流动站11发来的位置信息通过WIFI模块13发送到上位机。

可选地，所述通信链路包括4G通信和电台通信两种方式，可根据不同的作业环境选择对应的通信方式，并将基准站Ⅰ和基准站Ⅱ得到的差分数据发送到流动站对应的GNSS板卡。

可选地，所述数据处理模块14采用MK22FN512主控芯片；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别将解算的位置信息传输到MK22FN512主控芯片的管脚3和管脚63；MK22FN512主控芯片将管脚3和管脚63接收的GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别解算的位置信息进行处理，然后通过管脚59连接到WIFI模块13的RXD端口。

可选地，所述上位机采用安卓手机；安卓手机上安装APP应用，用于构建数据库、进行坐标转换、将得到的位置信息进行显示、地图标记及语音提示等。

可选地，所述基准站Ⅰ、基准站Ⅱ、GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ采用的型号相同，采用Trimble的MB2；所述WIFI模块13采用ESP8266。

其中，所述基准站Ⅰ、基准站Ⅱ、GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ采用的是Trimble的MB2，其具备高性能、多系统等特点，能同时使用BDS、GPS、GLONASS、Galileo的卫星信号进行RTK位置解算，保证了本发明定位结果的精度和稳定性，同时具备紧凑型设计、低功耗、接口灵活等特点。主控芯片为MK22FN512型号，该型号MCU适合同时需要低功耗灵活性和高处理效率的高性价比应用，它具备优化的低功耗，提供高度的可扩展、各种级别的集成度，以及丰富的模拟、通信、定时和控制外设套件，支持各种数据大小、格式和传输/接收设置，满足多种工业通信协议，多达6个UART串口可以满足对接收的两条定位信息进行同时处理及经处理后定位结果的传输；其采用TTL电平可将输出的定位信息直接与ESP8266模块的接收端口直接相连进行数据传输。选用的WIF模块为ESP8266型号，ESP8266具有的省电模式适用于各种低功耗应用场景，同时可通过AT指令进行快速配置；其采用TTL电平可与MK22FN512主控芯片直接连接进行数据传输，且具有较远的信号传输距离，可满足模块与上位机之间的通信；通过上述各型号部件的配合，为基于双基准站的RTK放样过程提供了硬件支撑。

基于双基准站的RTK放样系统进行放样的过程可以为如下，包括：

S1、将控制点和放样点的坐标导入到上位机的数据库；可选地，导入方式为：输入控制点、放样点的坐标，直接存入上位机的数据库；或者，将控制点、放样点的坐标保存到Excel文件中，将Excel文件导入到上位机的数据库；坐标包括平面坐标、高程坐标；导入的坐标为施工坐标系下的坐标，通过构建数据库，可以简化操作，便于后续配置过程中，只需要输入放样点的标号如“JG00”即可提取对应的坐标数据；

S2、将基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别架设在对应的控制点上；可以将基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别架设在上位机的数据库中存入的控制点处；或者可以根据实际需要架设；

S3、分别测量基准站Ⅰ、基准站Ⅱ对应的天线杆长；如图2，将基准站Ⅰ和基准站Ⅱ分别架设在控制点A5和JG15上，将三角支架调为水平、并使控制点与天线相位中心对准，然后采用卷尺分别测量两个基准站的天线杆长，获得天线Ⅰ的杆长为1.10m和天线Ⅱ的杆长为1.34m(基准站架设的控制点坐标实际上是天线相位中心的位置，所以基准站实际位置为：基准站的实际平面坐标与控制点平面坐标相同，而基准站的实际高程坐标为控制点的高程坐标加上天线的杆长)；

S4、将流动站固定在位置未知的点上，且满足流动站的GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ连接同一个天线Ⅲ；使两个GNSS板卡具有相同的观测数据即两个GNSS板卡解算的为同一位置；

S5、测量天线Ⅲ杆长；采用卷尺测量天线Ⅲ杆长为1.36m；

S6、在上位机上配置基准站Ⅰ、基准站Ⅱ的实际位置坐标；其中，基准站Ⅰ实际位置坐标，包括：基准站Ⅰ的实际平面坐标与基准站Ⅰ架设的控制点平面坐标相同，而基准站Ⅰ的实际高程坐标为基准站Ⅰ架设的控制点的高程坐标加上天线Ⅰ的杆长；基准站Ⅱ实际位置坐标，包括：基准站Ⅱ的实际平面坐标与基准站Ⅱ架设的控制点平面坐标相同，而基准站Ⅱ的实际高程坐标为基准站Ⅱ架设的控制点的高程坐标加上天线Ⅱ的杆长；

S7、将坐标系、流动站的初始化参数，输入至上位机的APP应用上；其中，初始化参数包括：流动站的中央经线、投影高程面和天线Ⅲ杆长信息；

S8、两个基准站将天线接收的差分数据分别传输到对应的流动站GNSS板卡上；即基准站Ⅰ将天线Ⅰ接收的差分数据分别传输到GNSS板卡Ⅰ，基准站Ⅱ将天线Ⅱ接收的差分数据分别传输到GNSS板卡Ⅱ；

S9、依据坐标系和流动站的中央经线、投影高程面，将基准站Ⅰ、基准站Ⅱ所在的控制点坐标转换为对应坐标系下的坐标；依据转换后的基准站Ⅰ的控制点坐标、GNSS板卡Ⅰ利用天线Ⅲ获得的观测数据和接收到的对应基准站Ⅰ的差分数据进行独立解算获得一条天线Ⅲ当前相位中心的位置坐标信息；依据转换后的基准站Ⅱ的控制点坐标、GNSS板卡Ⅱ利用天线Ⅲ获得的观测数据和接收到的对应基准站Ⅱ的差分数据进行独立解算获得一条天线Ⅲ当前相位中心的位置坐标信息；依据天线Ⅲ当前相位中心的位置坐标信息、天线Ⅲ杆长，获得流动站当前实际位置坐标；流动站当前实际位置坐标包括流动站当前实际平面坐标和流动站当前实际高程坐标：即天线Ⅲ当前相位中心的位置信息中的平面坐标为流动站当前实际平面坐标，天线Ⅲ当前相位中心的位置信息中的高程坐标与天线Ⅲ杆长之和为流动站当前实际高程坐标；如果解算出两条天线Ⅲ当前相位中心的位置坐标信息，则可获得两条流动站当前实际位置坐标信息用于同步输送至数据处理模块14；如果解算出一条天线Ⅲ当前相位中心的位置坐标信息，则可获得一条流动站当前实际位置信息输送至数据处理模块14。通过转换坐标系参与独立解算，使得获得的流动站当前实际位置坐标信息即为施工实际坐标系下的坐标，因此便于施工；

S10、将流动站当前实际位置坐标通过数据处理模块14传输至上位机的APP应用；

S11、将流动站当前实际位置坐标通过上位机进行显示，并调用地图接口对当前实际位置和放样点进行标记，获得提示信息；具体而言，安卓的APP应用根据流动站当前实际位置与放样点位置的相对位置关系，在安卓APP界面上显示当前位置与放样点位置在平面与高程的差值、相对方位角等信息同时调用安卓语音进行语音播报，实现智能语音提示当前位置与放样点的距离及相对方位角(相对方位角即代表相对于手机正前方的钟点方向)，并在地图上对当前实际位置和放样点进行标记，实现可视化的动态提示，如图8所示。基站ID有四种类型不可用、01、02、03；不可用表示当前不存在固定解，01表示基准站Ⅰ存在固定解，02表示基准站Ⅱ存在固定解，03表示两个基准站都存在固定解。差分延迟表示基准站发送差分数据至流动站产生的延迟。HDOP表示水平精度因子，该值越小，精度越高。

S13、测量人员根据上位机的提示信息移动流动站位置，当流动站当前实际位置坐标与放样点坐标中的平面坐标的偏差在±1cm范围内，高程坐标的偏差在±3cm范围时，放样成功。

可选地，所述在上位机的APP应用上配置基准站Ⅰ、基准站Ⅱ的实际位置坐标，具体配置方式包括：

通过输入基准站Ⅰ、基准站Ⅱ所在的控制点的标号及对应的天线杆长；或者，

输入基准站Ⅰ、基准站Ⅱ所在的控制点的坐标信息及对应的天线杆长。

其中，控制点的标号即编号，如：A5和JG15。本申请的配置方式不仅可以直接调用数据库，还可以根据实际需要进行直接配置，通过两种配置方式的组合，使得坐标配置灵活，适应性强。如图6所示，展示了两种配置方式。

可选地，所述S10中，将流动站当前实际位置坐标通过数据处理模块14传输至上位机，包括两种传输方式：

方式一：

如果解算结果的类型不存在固定解，则继续等待；

如果解算结果的类型存在固定解，并且只有一个固定解，则数据处理模块14将固定解通过WIFI模块13输出到上位机的APP应用上；

如果解算结果的类型存在固定解，且有两个固定解，则分别计算固定解及固定解到对应基准站的距离，按距离的反比作为权重，对两固定解取加权后的平均值作为最终的固定解，数据处理模块14通过WIFI模块13将最终的固定解输出到上位机的APP应用上；如果计算得到的两个固定解分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)及固定解到对应基准站的距离如图2分别为r1、r2(r1表示(x₁,y₁,z₁)到基准站Ⅰ实际位置的距离，r2表示(x₂,y₂,z₂)到基准站Ⅱ实际位置的距离)，按距离的反比作为权重，对两固定解取加权后的取平均值

作为最终的固定解，通过WIFI模块13发送到安卓手机APP应用；

方式二：

如果接收的解算结果条数小于m，则论方式一，每接收一条解算结果，将其通过WIFI模块13输出到上位机的APP应用上；一条解算结果包括一个固定解的情况或者两个固定解的情况；即上述方式一中的第二、三种情况都认为是获得一条解算结果；

如果接收的解结果条数大于m，则采用滑动滤波处理，将最近解算的m组位置信息取平均作为数据处理模块14的输出。可选地，所述m的取值为16。

方式二在方式一的基础上引入了滑动滤波、取平均处理，会使输出的结算结果更平滑、更稳定。

如下表中的数据为选用方式二进行放样的结果，以A5、JG15这2个控制点为例，平面和高程坐标分别为(2749842.469m，586440.775m，1954.919m)、(2750219.5604m，586117.3381m，1955.68m)。表1为本实用新型对已知控制点进行放样的误差统计表(单位：毫米)，对于不同点名的放样点其坐标不一样，如下表中，JG00的平面和高程坐标为(2750738.74m，586057.735m，1954.887m)，JG18的平面和高程坐标为(2750718.0446m，586291.8244m，1956.365m)，JG19的平面和高程坐标为(2750414.3570m，586623.3660m，1964.472m)，在不同放样点下进行了多组实验：

表1

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：包括基准站模块(12)、流动站(11)、数据处理模块(14)和上位机；所述基准站模块(12)包括基准站Ⅰ、与基准站Ⅰ连接的天线Ⅰ、基准站Ⅱ及与基准站Ⅱ连接的天线Ⅱ，基准站Ⅰ、基准站Ⅱ分别通过通信链路与流动站(11)中对应的GNSS板卡相连，流动站(11)与数据处理模块(14)相连，数据处理模块(14)与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：所述流动站(11)包括GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ、天线Ⅲ，GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ连接同一天线Ⅲ；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ利用天线Ⅲ获得的观测数据分别和接收到的基准站Ⅰ的差分数据、基准站Ⅱ的差分数据进行独立解算，获得位置信息，并发送到数据处理模块(14)；数据处理模块(14)将流动站(11)发来的位置信息通过WIFI模块(13)发送到上位机。

3.根据权利要求1所述的基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：所述通信链路包括4G通信和电台通信两种方式。

4.根据权利要求1所述的基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：所述数据处理模块(14)采用MK22FN512主控芯片；GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别将解算的位置信息传输到MK22FN512主控芯片的管脚3和管脚63；MK22FN512主控芯片将管脚3和管脚63接收的GNSS板卡Ⅰ和GNSS板卡Ⅱ分别解算的位置信息进行处理，然后通过管脚59连接到WIFI模块(13)的RXD端口。

5.根据权利要求1所述的基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：所述上位机采用安卓手机。

6.根据权利要求2所述的基于双基准站的RTK放样系统，其特征在于：所述基准站Ⅰ、基准站Ⅱ、GNSS板卡Ⅰ、GNSS板卡Ⅱ采用的型号相同，采用Trimble的MB2；所述WIFI模块(13)采用ESP8266。

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