援老挝国家地震监测台网项目(以下简称“援老台网”)是在“一带一路”建设倡议下,中老双方坚持共商、共建、共享原则,加强双方在防灾减灾领域合作,围绕提升老挝地震监测水平,增强老挝防灾减灾能力,开展的一项利国惠民的技术援助项目(李瑜等,2019),援老台网作为老挝的国家重要基础设施,可大幅提升该国地震监测能力,使其具备国内大部分地区M 3.0以上地震的速报和信息发布能力,有效推进地震灾害预防体系和地震应急救援体系的构建与完善(李瑜等,2020)。
该项目在老挝补充新建15个集测震、强震动、全球卫星定位导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)及流动重力观测为一体的地震监测台站,与同时援建的老挝国家地震数据中心集成数据接收、处理与发布系统。其中,结合前期借助中老合作共享机制所建设的3个GNSS基准站(琅勃拉邦站、腊肖站及孟孔站等),目前老挝境内有20个GNSS台站可传输数据至中国地震台网中心,所采用的GNSS设备均为美国天宝公司生产的大地型NetR9GNSS接收机、TRM159900.00型扼流圈天线。该台网自试运行以来,整体运行率优于95%,L1频率信号的多路径综合效应值平均在0.35 m,L2频率信号的多路径综合效应值平均在0.28 m,单日有效观测量与周跳的比值均大于2 000。
随着全球卫星定位导航系统GNSS技术的发展,实时动态测量技术(Real-Time Kinematic Positioning,RTK)在近年来得到广泛研究及应用。文中简要介绍了网络RTK技术在援老台网中的技术设计、实现及应用效果。
1 基于网络RTK技术的GNSS组网 1.1 网络RTK原理RTK是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GNSS测量技术(曹鸽等,2012),而网络RTK技术是基于RTK技术,利用无线通讯技术传输数据而形成的新的技术模式,无论是在作业范围、测量精度还是在可靠性和性能等各方面,网络RTK技术都是测量技术的巨大进步(伍晓勐等,2016;杨克凡等,2022)。目前,以虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)为代表的网络RTK技术被广泛应用。其应用具体流程(杨梅芳等,2013)如下:
(1) 各个参考站通过Internet连续不断地向数据控制中心传输观测数据。
(2) 控制中心实时在线解算各基准站网内的载波相位整周模糊度值并建立误差模型。
(3) 流动站将单点定位或DGNSS(伪距修正值)确定的位置坐标,通过无线移动数据链路(GPRS等)传送给数据控制中心,控制中心在移动站附近位置创建一个VRS,并通过内插得到VRS上各误差源影响的改正值,最终按标准格式,通过互联网传输将改正值发送至流动站。
(4) 流动站与VRS构成短基线。流动站接收控制中心发送的VRS差分改正信息或者虚拟观测值,进行差分解算得到用户的精确位置,从而得到精确的定位成果。
1.2 GNSS组网为了进一步发挥援老台网的作用和潜力,在利用GNSS基准站进行地壳形变和地震监测的基础上,为老挝设计覆盖其全国的网络RTK技术,但由于网络IP限制,琅勃拉邦站和腊肖站与老挝其他援建台站网络不在同一网段,且万象数据中心的2台接收机间隔仅5 m,故在GNSS组网中放弃此3个台站,其他17个台站参与RTK技术组网。台网分布及组网见图 1,各台站设备信息见表 1。
GNSS台网共形成41条基线,组成27个三角网,其中万荣站—蓬洪站基线距离最短,为50 km;华潘站—阿速坡站基线距离最长,为685 km。受限于老挝南北狭长的地理条件,41条基线平均长度为209 km,其中北部(万象数据中心所在纬度位置以北)26条基线平均长度为147 km,南部15条基线平均长度为316 km,而巴色—阿速坡—孟孔—沙拉湾组成的基线平均长度为122 km。
2 测试结果及精度分析随着援老项目进入运维期,应老挝方请求,项目驻场技术团队分别于2022年7—9月、2023年6—8月分别开展了网络RTK的组网测试工作,测试用设备为天宝公司生产的NetR10一体机,借助老挝通信公司(Lao Telecommunications)手机物联网卡提供的移动网络作为控制中心与流动站传输数据的链接,坐标系选择WGS84坐标系统,利用延伸支杆调整不同测试点位的天线高,测试点位的天线高记录见表 2。
测试人员在老挝首都及北部地区进行基准站点和随机点位的网络RTK测试,测试过程中,分别记录平面和高程内符合精度、接收卫星数及三维位置精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP)。抽选在巴莱站、琅勃拉邦站、万荣站、蓬洪站的测试结果,详见表 2中序号1—4;抽选随机点位测试结果,见表 2中序号5—10。
通过分析各项测试指标结果,表明老挝北部地区所建立的网络RTK已基本具备实用功能,精度为厘米级,当卫星数超过20颗且PDOP值小于0.5时,平面内符合精度能达到毫米级。根据现行《工程测量通用规范》(GB 55018—2021)、《工程测量标准》(GB 50026—2020)要求,网络RTK可满足一般精度要求下的建筑工程、变形监测、土木道桥等工程的测绘工作。
但考虑到老挝地理因素等客观原因,南北地域分布狭长,结合老挝北部地区RTK测试结果,建议未来在老挝进行观测站加密以获得高精度区域结果,对于研究老挝整体地壳形变、地震板块运动等具有重要促进意义。
3 展望援老台网是中国自主地震观测技术向东盟国家推广和应用的一个典范工程,更是“一网多用”的代表,此次项目团队利用GNSS基准站,建设了覆盖老挝及周边地区的网络RTK网络,并在老挝北部开展了相关测试。此项技术的落地,标志着援老台网科研和工程应用领域的又一大实践,印证了援老台网未来将在基础测绘、位置服务等方面发挥重要作用。
曹鸽, 王玉柱. GPS、RTK、网络RTK技术在工程测量中的应用[J]. 北京测绘, 2012(5): 83-85. |
李瑜, 李建勇, 张锐, 等. 老挝国家地震监测台网布局与组网[J]. 地震地磁观测与研究, 2020, 41(1): 112-118. |
李瑜, 张锐, 邹锐, 等. 中国地震台网中心援建老挝国家地震监测台网[J]. 地震地磁观测与研究, 2019, 40(6): 171-175. |
伍晓勐, 黄劲松. 网络RTK基站数据处理随机模型验前估算[J]. 导航定位学报, 2016, 4(4): 42-45. |
杨克凡, 张晋升, 汤逸豪, 等. 精密单点定位在网络RTK中的应用研究[J]. 导航定位学报, 2022, 10(1): 41-47. |
杨梅芳, 韩有文, 白美红. 海东CORS系统建设及应用精度分析[J]. 青海国土经略, 2013(4): 62-63. |