单基准站模式下多种GNSS差分数据的传输
平先才 陈星荣 梁向棋 吕娇 舒晓明
摘 要：本文针对单基准站单一GNSS差分数据的传输问题，对拥有内置无线模块的天宝SPS985做了分析和研究，根据仪器的通讯数据格式以及其所支持的协议设置实现了单基准站模式下多种GNSS差分数据的传输，并做了利用4G路由器为天宝SPS985基准站提供网路信号的实验，实验表明，该方法解决了单基准站模式下多种GNSS差分数据不兼容的问题，实现了使用天宝SPS985网络基站时，市场上主流的GNSS接收机间的多种差分数据传输。该技术可以广泛应用于测绘领域。
关键词：单基准站模式；多种GNSS差分数据；多种GNSS接收机；4G无线路由
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）8-0043-02
从上个世纪70年代开始，随着信息技术的高速发展，卫星导航定位（GNSS）精度的一步步提升，使其在建筑、渔业、气象、电信、测绘等行业得到大幅度深层次地扩展应用。由于GNSS具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等特点，在常规的大比例尺地形图测绘项目中，利用GNSS测量技术很大程度上提高了测量作业的效率和可靠性，大大降低技术人员的作业强度。
但是，在实际生产测绘作业过程中，当我们遇到GNSS接收机品牌类型多但是同一型号仪器的数量少的时候，往往需要架设两个甚至多个基准站，这个时候整个过程就略显繁琐，也会浪费一部分人力物力资源。于是设想，使用其中某一个GNSS接收機架设基准站，其他各种品牌型号的GNSS接收机作为流动站都能正常接收差分信号，并能保障其日常作业精度等要求，该功能的实现，可以为技术人员提供更加便捷高效的测绘作业。
1 常用GNSS接收机介绍
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），简称GNSS，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass（北斗）、欧盟的Galileo系统，SBAS广域差分系统，DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统，QZSS准天顶卫星系统，GAGAN GPS静地卫星增强系统等，可用的卫星数目达到100颗以上。它利用了众多卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时提供卫星的完备性检验信息（Integrity Checking）和足够的导航安全性预警信息。
表1列出了5种市场上常用的GNSS接收机型号的通讯数据格式及支持模式。
从表1可以看出，不同品牌的GNSS接收机和同一品牌不同型号的GNSS接收机，它们通讯数据格式及支持模式都不一样。在表1品牌型号的GNSS接收机中只有天宝系列可以支持多种协议、多种数据格式信号，但是在使用天宝系列架设网络基站时，差分数据通过手簿网络上传服务器进行转发，在这种测量模式下，存在以下问题：
（1）手簿电池续航能力较差，断电后需重新进行基准站设置；
（2）手簿网络容易突然中断；
（3）TrimbleAccess软件基准站断开，网络恢复后需要重新手动点击“启动基准站”。
上述问题将导致在使用天宝系列架设基准站时，基准站必须有人留守，因此，为了保证测试的稳定性、高效性及严谨性，需要优先解决天宝GNSS接收机架设基站的问题。
2 利用4G无线路由器为基准站提供稳定网络
本次测试通过增加一个外接电源和一个4G无线路由器为基准站提供网络以解决天宝仪器架设基站所存在的上述问题，而在上述天宝仪器中，只有天宝SPS985型号有内置无线模块，因此本次测试以天宝SPS985为例进行实验。
2.1 与4G无线路由器通讯配置
原理：使用天宝SPS985内置无线模块，将其从服务端切换为客户端。
步骤：
（1）使用电脑/手机连接天宝SPS985 WIFI服务端，进行初次配置，连接WIFI，输入密码，默认密码为abcdeabcde。本次测试使用工具为手机。
（2）连接上天宝SPS985的WIFI服务端后，访问WebUI，进行设置，WebUI网址为：192.168.142.1，用户名：admin，密码：password。
（3）设置天宝SPS985 WIFI，点击“WI-FI”——“客户端”进行配置： “启动Wi-Fi客户端□”打勾——输入已知4G路由网关IP地址、网掩码及网关——输入4G路由无线网络名称、密码，点击“保存并重启”完成WIFI客户端设置——重启接收机，此时天宝SPS985已经与4G无线路由建立连接。
2.2、检查连接状态、设置基站
（1）访问4G路由管理员页面，使用手机搜索上节第三个步骤设置的无线网“DATANG MIFI958-TC01”，输入密码即可连接。
（2）连接上天宝SPS985的WIFI客户端后，访问WebUI，进行设置，此时的WebUI网址由“192.168.142.1”改变为客户端IP“192.168.8.221”。
（3）进行基准站坐标设置，选择“接收机配置”——“参考站”。①已知点架站：输入笛卡尔各项参数，保存即可；②未知点架站：点击“当前位置”获取单点/QZSS定位坐标，保存即可。
到这里，天宝SPS985基准站就启动完毕。在解决天宝SPS985仪器架设基站手簿网络容易突然中断，影响测试结果的问题后，再利用天宝SPS985实现单基站模式下多种GNSS信号的数据传输。
3 单基准站模式下多种GNSS差分信号数据传输的实现
在利用4G无线路由器为天宝SPS985基站提供网络后，登录天宝SPS985的WIFI客户端IP“192.168.8.221”进行数据上传的配置，选择“I/O配置——端口配置”，选择要播发的数据格式，设置IP地址和数据端口（一个端口可同时播发多种数据格式，如同时播发：CMRx和RTCM），以此达到多种GNSS信号数据的传输。
根据仪器的通讯数据格式以及其所支持的协议，具体为天宝SPS985依据TCP/IP协议和NTRIP协议分别在不同端口发射CMR、CMR+、CMRx、RTCM3、RTCM2.X信号，天宝R8依据TCP/IP协议接收CMRx信号，中海达H32依据NTRIP协议接收CMR、RTCM信号，南方银河1依据NTRIP协议接收CMR+、RTCM信号，莱卡GS15依据NTRIP协议接收CMR+、RTCM信号。
本次测试中对TCP/IP协议和NTRIP协议信号数据进行了实验，结果显示利用4G无线路由连接天宝SPS985架设基准站，再设置不同协议通讯数据格式后，在利用该方法，使用天宝R8、中海达H32、南方银河1以及莱卡GS15都能正常的进行外业数据采集工作，即该方法能完美实现单基准站模式下多种GNSS信号的数据传输作业。
4 结束语
实践证明，利用4G无线路由可以解决天宝GNSS接收机架设基站网络突然中断的问题，在以天宝SPS985架设的单基准站模式下通过I/O端口配置TCP/IP协议和NTRIP协议可以实现多种GNSS信号数据的传输。在实际生产活动中，利用该方法节约了人力物力，提高外业数据采集质量和速度，大大节约了仪器设备采购成本；但目前市场上有内置无线模块的GNSS接收机较少，因此该方法的使用具有一定的局限性。但随着2017年11月中国自主建造的第三代导航卫星“北斗”已顺利升空，伴随着GNSS接收机与卫星导航系统的建设同步发展，在各类应用领域的不断推广，单基准站模式下多种GNSS信号的数据传输技术，因其兼容性极强，必将成为主流趋势。采用单基准站模式下多种GNSS信号数据传输的技术来提高测绘作业的效率将成为未来的测绘行业研制的主要方向之一。
参考文献：
[1]胡晓，高伟，李本玉.GNSS导航定位技术的研究综述与分析[J].全球定位系统，2009，34（3）.
[2]王解先.全球导航卫星系统GPS/GNSS的回顾与展望[J].工程勘察，2006（3）.
[3]丁翔羽.GNSS现代化及研究的熱点问题[J].物探装备.2010年第20卷第1期.
[4]顾国华.GNSS科学发展与前景[J].全球定位系统，2008，33（4）.
[5]李天文.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003.
摘 要：本文针对单基准站单一GNSS差分数据的传输问题，对拥有内置无线模块的天宝SPS985做了分析和研究，根据仪器的通讯数据格式以及其所支持的协议设置实现了单基准站模式下多种GNSS差分数据的传输，并做了利用4G路由器为天宝SPS985基准站提供网路信号的实验，实验表明，该方法解决了单基准站模式下多种GNSS差分数据不兼容的问题，实现了使用天宝SPS985网络基站时，市场上主流的GNSS接收机间的多种差分数据传输。该技术可以广泛应用于测绘领域。
关键词：单基准站模式；多种GNSS差分数据；多种GNSS接收机；4G无线路由
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）8-0043-02
从上个世纪70年代开始，随着信息技术的高速发展，卫星导航定位（GNSS）精度的一步步提升，使其在建筑、渔业、气象、电信、测绘等行业得到大幅度深层次地扩展应用。由于GNSS具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等特点，在常规的大比例尺地形图测绘项目中，利用GNSS测量技术很大程度上提高了测量作业的效率和可靠性，大大降低技术人员的作业强度。
但是，在实际生产测绘作业过程中，当我们遇到GNSS接收机品牌类型多但是同一型号仪器的数量少的时候，往往需要架设两个甚至多个基准站，这个时候整个过程就略显繁琐，也会浪费一部分人力物力资源。于是设想，使用其中某一个GNSS接收機架设基准站，其他各种品牌型号的GNSS接收机作为流动站都能正常接收差分信号，并能保障其日常作业精度等要求，该功能的实现，可以为技术人员提供更加便捷高效的测绘作业。
1 常用GNSS接收机介绍
全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System），简称GNSS，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前，GNSS包含了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的Compass（北斗）、欧盟的Galileo系统，SBAS广域差分系统，DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统，QZSS准天顶卫星系统，GAGAN GPS静地卫星增强系统等，可用的卫星数目达到100颗以上。它利用了众多卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时提供卫星的完备性检验信息（Integrity Checking）和足够的导航安全性预警信息。
表1列出了5种市场上常用的GNSS接收机型号的通讯数据格式及支持模式。
从表1可以看出，不同品牌的GNSS接收机和同一品牌不同型号的GNSS接收机，它们通讯数据格式及支持模式都不一样。在表1品牌型号的GNSS接收机中只有天宝系列可以支持多种协议、多种数据格式信号，但是在使用天宝系列架设网络基站时，差分数据通过手簿网络上传服务器进行转发，在这种测量模式下，存在以下问题：
（1）手簿电池续航能力较差，断电后需重新进行基准站设置；
（2）手簿网络容易突然中断；
（3）TrimbleAccess软件基准站断开，网络恢复后需要重新手动点击“启动基准站”。
上述问题将导致在使用天宝系列架设基准站时，基准站必须有人留守，因此，为了保证测试的稳定性、高效性及严谨性，需要优先解决天宝GNSS接收机架设基站的问题。
2 利用4G无线路由器为基准站提供稳定网络
本次测试通过增加一个外接电源和一个4G无线路由器为基准站提供网络以解决天宝仪器架设基站所存在的上述问题，而在上述天宝仪器中，只有天宝SPS985型号有内置无线模块，因此本次测试以天宝SPS985为例进行实验。
2.1 与4G无线路由器通讯配置
原理：使用天宝SPS985内置无线模块，将其从服务端切换为客户端。
步骤：
（1）使用电脑/手机连接天宝SPS985 WIFI服务端，进行初次配置，连接WIFI，输入密码，默认密码为abcdeabcde。本次测试使用工具为手机。
（2）连接上天宝SPS985的WIFI服务端后，访问WebUI，进行设置，WebUI网址为：192.168.142.1，用户名：admin，密码：password。
（3）设置天宝SPS985 WIFI，点击“WI-FI”——“客户端”进行配置： “启动Wi-Fi客户端□”打勾——输入已知4G路由网关IP地址、网掩码及网关——输入4G路由无线网络名称、密码，点击“保存并重启”完成WIFI客户端设置——重启接收机，此时天宝SPS985已经与4G无线路由建立连接。
2.2、检查连接状态、设置基站
（1）访问4G路由管理员页面，使用手机搜索上节第三个步骤设置的无线网“DATANG MIFI958-TC01”，输入密码即可连接。
（2）连接上天宝SPS985的WIFI客户端后，访问WebUI，进行设置，此时的WebUI网址由“192.168.142.1”改变为客户端IP“192.168.8.221”。
（3）进行基准站坐标设置，选择“接收机配置”——“参考站”。①已知点架站：输入笛卡尔各项参数，保存即可；②未知点架站：点击“当前位置”获取单点/QZSS定位坐标，保存即可。
到这里，天宝SPS985基准站就启动完毕。在解决天宝SPS985仪器架设基站手簿网络容易突然中断，影响测试结果的问题后，再利用天宝SPS985实现单基站模式下多种GNSS信号的数据传输。
3 单基准站模式下多种GNSS差分信号数据传输的实现
在利用4G无线路由器为天宝SPS985基站提供网络后，登录天宝SPS985的WIFI客户端IP“192.168.8.221”进行数据上传的配置，选择“I/O配置——端口配置”，选择要播发的数据格式，设置IP地址和数据端口（一个端口可同时播发多种数据格式，如同时播发：CMRx和RTCM），以此达到多种GNSS信号数据的传输。
根据仪器的通讯数据格式以及其所支持的协议，具体为天宝SPS985依据TCP/IP协议和NTRIP协议分别在不同端口发射CMR、CMR+、CMRx、RTCM3、RTCM2.X信号，天宝R8依据TCP/IP协议接收CMRx信号，中海达H32依据NTRIP协议接收CMR、RTCM信号，南方银河1依据NTRIP协议接收CMR+、RTCM信号，莱卡GS15依据NTRIP协议接收CMR+、RTCM信号。
本次测试中对TCP/IP协议和NTRIP协议信号数据进行了实验，结果显示利用4G无线路由连接天宝SPS985架设基准站，再设置不同协议通讯数据格式后，在利用该方法，使用天宝R8、中海达H32、南方银河1以及莱卡GS15都能正常的进行外业数据采集工作，即该方法能完美实现单基准站模式下多种GNSS信号的数据传输作业。
4 结束语
实践证明，利用4G无线路由可以解决天宝GNSS接收机架设基站网络突然中断的问题，在以天宝SPS985架设的单基准站模式下通过I/O端口配置TCP/IP协议和NTRIP协议可以实现多种GNSS信号数据的传输。在实际生产活动中，利用该方法节约了人力物力，提高外业数据采集质量和速度，大大节约了仪器设备采购成本；但目前市场上有内置无线模块的GNSS接收机较少，因此该方法的使用具有一定的局限性。但随着2017年11月中国自主建造的第三代导航卫星“北斗”已顺利升空，伴随着GNSS接收机与卫星导航系统的建设同步发展，在各类应用领域的不断推广，单基准站模式下多种GNSS信号的数据传输技术，因其兼容性极强，必将成为主流趋势。采用单基准站模式下多种GNSS信号数据传输的技术来提高测绘作业的效率将成为未来的测绘行业研制的主要方向之一。
参考文献：
[1]胡晓，高伟，李本玉.GNSS导航定位技术的研究综述与分析[J].全球定位系统，2009，34（3）.
[2]王解先.全球导航卫星系统GPS/GNSS的回顾与展望[J].工程勘察，2006（3）.
[3]丁翔羽.GNSS现代化及研究的熱点问题[J].物探装备.2010年第20卷第1期.
[4]顾国华.GNSS科学发展与前景[J].全球定位系统，2008，33（4）.
[5]李天文.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003.
