开发全球 RTK 网络需求何在？

GEODNET是一个基于区块链的高精度多频段GNSS基站分散网络

最近，在《Inside GNSS》杂志上，刊登了一篇题为“开发个真正的全球RTK网络”的署名文章，作者是迈克·霍顿（Mike Horton），作为一名成功的企业家，他是GEODNET（全球RTK网络，或者说是地球差分网络）项目的创建者，也是ANELLO Photonics的首席技术官和联合创始人。在加入 ANELLO 之前，他于 1995 年共同创立了 Crossbow Technology，并担任首席执行官，直到 2011 年将其出售给 Moog Inc.。他在加州大学伯克利分校获得了电气工程学士/硕士学位。这篇文章的目的是阐述和探讨GEODNET 基于区块链的去中心化网络方法，如何扩展全球 GNSS 校正网络密度和覆盖范围。

现代多频段多星座接收机几乎普遍支持实时运动学 （RTK） 测量处理，在 RTK 模式下使用时可轻松实现厘米级定位精度。要在 GNSS 接收器上启用 RTK 定位，需要通常从 GNSS 校正服务提供商流式传输的 GNSS 校正源。反过来，服务提供商需要来自一个或几个安装良好的本地 GNSS 参考站的观测数据，以处理和传输本地化的 RTK 校正流。鉴于现代 GNSS RTK 接收机无处不在、易于使用且成本越来越低，问题是：构建全球规模的 RTK 校正网络涉及多少个站点和多少成本？

一、真正全球 RTK 网络的站点数量

参考站距离用户的 RTK 接收机越近，最终的 RTK 定位结果就越准确、快速和可靠。RTK 定位精度的传统经验法则是距离移动站 10 公里的精度为 1 厘米。虚拟参考站 （VRS） 软件将多个参考站融合到网络 RTK 流中，与单站解决方案相比，提高了准确性和鲁棒性。网络 RTK 可以在距离一组参考站 20 公里的平均距离内提供厘米级精度。因此，每 10 到 20 公里有一个可靠、安装良好的参考站是 RTK 网络的理想几何间距。（批注：这是传统的概念，实际上当时是受转发RTK数据电台发送的无线电信号的视距传播影响，一般采用10公里作用范围，但是后来利用移动互联网概念，这个距离可以大大扩展。实际上受到限制是提供改正数的有效性，就要分析定位误差来源。至今，这个问题没有十分明确的探讨文章和结论）。

为了估计需要多少个站点才能达到这种密度，GEODNET是一个基于区块链的高精度多频段GNSS基站分散网络，它选择按照Uber开发和开源的H3hex（六边形）标准将其站点地图组织成六边形。GEODNET 使用 H4 hex和 H5hex来分析覆盖范围和稳健性。地球各大洲的陆地以及所包含的六角星的大致数量显示在 Tabel 2 中。的确，地球很大。使用传统的站点部署模型构建超过 100,000 个站点的网络需要大量的前期和经常性投资。所需的投资将与开发一个完整的全国性4G网络的规模相同，数十亿美元甚至更多。因此，目前最大的RTK网络包括4,000至5,000个站点，仅占全覆盖数量的一小部分。覆盖范围的差距导致基于 RTK 的工作流程的销售和使用减少，并降低了现场生产力。即使在美国等高度发达的国家，也没有 GNSS 网络或校正提供商可以在所有人口稠密地区提供完整的 RTK 精度。

二、当今的解决方案：妥协和复杂性

为了减轻部署和管理庞大的GNSS参考站网络的财务负担，GNSS行业的领先公司和机构已经采取了替代方法来提供GNSS校正。这些方法包括较小的区域网络、精密单点定位 （PPP） 网络和 PPP-RTK 服务。这些都是针对不同市场和地区的实用解决方案，但无法提供真正的全球 RTK 网络所能提供的互联网标准化体验。

以下是相关方法的提要：

⦁ 区域网络

美国许多国家和大多数州都建立了区域RTK校正网络。由于预算有限，这些网络中的大多数尚未升级为完全现代化的四星座三频接收机，并且可用的电台数量通常每年保持不变。每个网络都有自己的帐户创建流程、登录方法和费用（有些是免费的）。这使得设备难以为RTK服务进行预配置，也难以在区域之间移动。缺乏全星座全频段数据限制了现代用户接收机所能实现的性能和可靠性。从积极的一面来看，区域RTK网络通常用于真正的RTK使用，并以标准化的RTCM格式传输数据。这确保了与用户设备的高度兼容性。

⦁ PPP 和 PPP-RTK 网络

为了提供大规模的大陆和全球覆盖，几家大型 GNSS 公司开发了 PPP 和 PPP-RTK 网络以及兼容 PPP 和 PPP-RTK 的 GNSS 接收机。传统的PPP需要大约100个大地测量参考站均匀地部署在地球表面。阿留申群岛和南太平洋群岛等偏远地区经常是 PPP 站的所在地。来自这些站的数据用于模拟每颗卫星的时钟和轨道误差，这些数据被编码并通过制造商特定的 L 波段信号传输到现场的 GNSS 接收机。PPP-RTK从区域接收机中提取额外的台站数据，以产生更好的电离层校正。PPP-RTK需要数百到几千个站点，但对于可比的覆盖区域，仍然远远低于传统的RTK。较低的站点密度方法在基础设施总成本方面具有优势，同时仍提供广泛的区域覆盖。性能缺点包括精度降低、收敛时间延长以及处理高电离层活动的能力降低。所有这些缺点都来自为更大的站点间隔而做出的妥协。另一个缺点是商用 PPP 和 PPP-RTK 解决方案在接收机品牌之间不交叉兼容。相反，他们通常依赖于 PPP 或 PPP-RTK 提供商的定位引擎。许多低端GNSS接收机不支持PPP或PPP-RTK，无需修改。

三、GEODNET网络：一种不同的方法

非营利性GEODNET基金会使用基于区块链的去中心化部署策略来促进开发大规模的GNSS参考站“互联网”。GEODNET 的使命宣言是“构建世界上最大的 RTK 网络”。GEODNET基金会建立了一个协议，用于在未经许可的情况下将经过验证的站点添加到其网络中。GEODNET协议旨在鼓励全球、可扩展和资本高效的GNSS参考站部署。GEODNET的方法允许个人和企业购买和设置经过认证的参考站，并将其添加到GEODNET网络中。然后，该协议根据电台的质量、可靠性和位置对电台主机进行补偿。补偿以 GEOD 代币分配的形式进行，这是该项目的原生加密货币代币。GEOD可以通过去中心化和集中式交易所的组合转移到美元或其他法定货币。全球有超过 7,000 个持有 GEOD 代币的钱包地址并越来越多。赚取 GEOD 代币的过程被称为卫星采矿或空间天气采矿。

GEODNET基金会是一家新加坡非营利组织，旨在将卫星矿工与付费的高精度GNSS原始设备制造商和数据经销商联系起来。当 GEODNET 收到站点访问费用时，80% 的费用用于从公开市场回购 GEOD 代币并将其从流通中移除。这种代币回购和销毁机制支持想要出售代币的矿工。剩下的20%用于支持基金会的组织成本。在 web3 区块链行业中，GEODNET 被称为去中心化物理基础设施网络 （DePIN）。其他DePIN网络包括低速率无线网络、WiFi漫游网络、地图和环境传感项目。GEODNET 发展迅速，有 3,000 多个站点稳定运行，平均每周增加 60 个站点。据报道，DePIN是区块链和加密货币的主要趋势之一。除了鼓励台站数量的快速增长和对网络的开放访问外，分散式 GNSS 网络还提供了额外的好处。去中心化允许 GNSS 生态系统参与者创建品牌 GEODNET 版本，设置自己的网络费用，并满足客户对 RTK 的特定业务需求。同时，他们可以通过GEOD代币所有权拥有更广泛的网络优势。GNSS 公司和 OEM 可以访问批量原始数据，以开发自己的 PPP、PPP-RTK 或 RTK 服务。经销商可以以 50/50 的收入分成模式与 GEODNET 基金会转售标准的 GEODNET RTK 服务。部署站点的客户可以挖掘令牌，同时从网络中受益。网络发展得越大，使用它的客户就越多——推动 GEOD 代币的回购和销毁，从而增加价值。这反过来又鼓励更多的人和机构增加站点。这种增长飞轮称为网络效应，GEODNET从中受益匪浅。

四、结论

DePIN是扩展网络的新概念。GEODNET 是用于 RTK 校正的最大 DePIN 网络。DePIN提供了大型网络、更低的成本和更开放的访问的潜力。基于 DePIN 的网络使用更新的技术，时间将证明它们对 GNSS 行业的真正影响。

五、《斗室智库》的批注

对于这篇文章，有几个启发点，必须指出来：

⦁ 何以解忧，唯有需求。高精度是卫星导航，也就是GNSS突出特点和价值所在，所以出现了多种多样的增强系统，包括天基地基、局域广域等多模增强的方法，但是无限制地将地基增强的概念放大，到达得不偿失的地步，这就是“走火入魔”了。怎么解决这个难题呐？唯有从客观需求入手，用户群体在那里？多大规模，投入产出的性价比，要突出价值链，要实现产业链闭环，创造价值，创造经济社会效益。近几年来，我国的地基增强走上一条不归路，就是个严重的教训。没有联系产业发展的实际，没有找到真正的不同需求用户群体，盲目发展，收获唾弃，千万不能忘记，决不能故技重现。

⦁ 卫星导航增强系统，不只是解决精度问题。而且还有可靠性、完好性问题。而且在广义的范围中，完好性是更加需要认真对待的难题。确保的可用性、可信导航、生命安全保障、实现秒级的首次定位等难题，也希望能够随之有所解决。而改正数，或者校正数，最为关键的还是电离层改正，这是轻而易举的事情，特别是在太阳地磁活动不活跃期间，或者在中纬度地区，一个参考值的电离层测量，能够管百公里范围内的代表性典型参量。尤其是现在高精度观测站比比皆是，还有什么可以发愁的。别听哪些卖膏药的不住的吆喝，听拉拉呱叫，还能不种地了吗？

⦁ 这篇文章的价值不是对于大量建站一种支持，而是其运作方式的共建共享共赢的模式，有极其发人深省的参考价值。因为推动这一GEODNET网络的是企业家，彰显了企业家的特点和优势，是技术专家们不能望其项背的。而大量的建站恰恰是文章的不足之处，利用传统RTK思维方式，在谈多星座多频率和多传感器融合时代的解决方案，已经是昨日黄花的事情。而且，我一直认为，高精度和高效率应用GNSS服务，首当其冲的是要转变思维，把绝对定位转变成相对定位，在绝大多数应用服务中，把全球概念加以抛弃，要推进本地化服务，因为绝大多数服务都是本地的，这是GNSS领域所有差分技术的灵魂，也是GNSS的精华所在。还是指导室内定位和室内外融合定位的核心思想。文中没有把卫星导航的定位误差进行分析，进而再谈GNSS参考站分布和数量需求，因为作者不是科学家（对不起，有点冒昧），不能求全责备。应该说，回归区域RTK对于行业而言，可能是一种最好的一种解决方案，量身定做，而且现在的参考站，与当年相比，已经不是同日而语，太便宜了。临时性作业，架个参考站也是轻而易举，也是个性化发展的典型范例。由于高精度已经逐步普及，高精度GNSS接收机会大幅度降价，增强服务的本地化、自主化才是发展方向。