VRS模式下流動(dòng)站獲取正常高的方法

歐陽(yáng)欣，江春發(fā)，郭垂注

（1.廈門市測(cè)繪與基礎(chǔ)地理信息中心，福建 廈門361000）

VRS模式下流動(dòng)站獲取正常高的方法

歐陽(yáng)欣1，江春發(fā)1，郭垂注1

（1.廈門市測(cè)繪與基礎(chǔ)地理信息中心，福建 廈門361000）

對(duì)VRS模式下大地高轉(zhuǎn)換為正常高的方法進(jìn)行了實(shí)踐和檢驗(yàn)，結(jié)果證明該方法精度可達(dá)3 cm，能有效提高RTK用戶的正常高精度和作業(yè)效率。

VRS；大地水準(zhǔn)面；RTCM；解碼

RTK實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果為與CORS基準(zhǔn)站相一致的WGS84空間直角坐標(biāo)（或其他參考框架下的地心坐標(biāo)），通過轉(zhuǎn)換參數(shù)及地方橢球、投影設(shè)置，可轉(zhuǎn)換為地方平面直角坐標(biāo)及大地高，但實(shí)際需要的是正常高。李江衛(wèi)等提出的通過對(duì)VRS坐標(biāo)施加高程方向改正從而直接得到流動(dòng)站正常高[1]是一種簡(jiǎn)便有效的方法，本文對(duì)該方法進(jìn)行了探討和驗(yàn)證。

1 基本原理

因大地水準(zhǔn)面連續(xù)、均勻[2]，且流動(dòng)站與VRS距離較短，可認(rèn)為流動(dòng)站與虛擬參考站具有相同的高程異常。如圖1所示，將VRS坐標(biāo)沿垂線方向平移 ，則各流動(dòng)站也將在高程方向變化相同的量，從而實(shí)現(xiàn)大地高到正常高的轉(zhuǎn)換。

圖1 大地高與正常高關(guān)系圖

2 流動(dòng)站與CORS服務(wù)器的通信

1） 流動(dòng)站將NMEA格式單點(diǎn)定位坐標(biāo)發(fā)送到服務(wù)器；

2） 服務(wù)器在該坐標(biāo)處生成虛擬觀測(cè)站（值），通過NTRIP協(xié)議傳送到流動(dòng)站；

3）流動(dòng)站實(shí)時(shí)求解雙差模糊度，得到基線向量，由VRS坐標(biāo)傳遞得到流動(dòng)站W(wǎng)GS84坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換得到地方坐標(biāo)；

4）作業(yè)過程中流動(dòng)站繼續(xù)發(fā)送NMEA格式概略坐標(biāo)（1～10 s），服務(wù)器判斷是否需要重新生成虛擬觀測(cè)站（值），直至作業(yè)結(jié)束。

3 數(shù)據(jù)處理過程

原有服務(wù)器安裝了天寶GPSNET軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的接收、處理以及虛擬觀測(cè)值生成和分發(fā)等工作。通過加裝中間服務(wù)器，編寫程序模塊實(shí)現(xiàn)與GSPNET軟件通信，對(duì)RTCM 2．3格式數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，提取并修改VRS點(diǎn)坐標(biāo)，重新編碼后通過設(shè)定的IP和端口發(fā)出，流程見圖2。

圖2 VRS坐標(biāo)修改過程圖

4 VRS點(diǎn)大地高改變對(duì)流動(dòng)站定位結(jié)果的影響

1）VRS點(diǎn)大地高方向變化Δ H，空間直角坐標(biāo)相應(yīng)變化[ΔX,ΔY,ΔZ] 。與起算點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)基線向量解算的影響類似，VRS點(diǎn)與流動(dòng)站位置間的基線向量將產(chǎn)生系統(tǒng)偏差。為了使VRS點(diǎn)位置偏差對(duì)相對(duì)精度的影響不大于1/1 000 000，VRS點(diǎn)坐標(biāo)偏差不能大于90 m[3,4]。忽略基線向量的變化，即認(rèn)為流動(dòng)站與VRS具有相同的[ΔX,ΔY,ΔZ]，則流動(dòng)站處的大地坐標(biāo)變化為[5]：

各流動(dòng)站的[B,L]不同，大地坐標(biāo)變化量也不盡相同，流動(dòng)站之間的相對(duì)位置將發(fā)生變化。由于僅將VRS大地高移動(dòng)，且與流動(dòng)站距離很近，[dB,dL]變化可忽略，流動(dòng)站相應(yīng)地在大地高方向變化dH。

2）七參數(shù)轉(zhuǎn)換前后坐標(biāo)的變化。WGS84坐標(biāo)系下大地高方向變化為Δ H84，經(jīng)七參數(shù)轉(zhuǎn)換后大地高方向變化Δ H54，兩者之間的關(guān)系為：

式中，λ、R、(Δ X,Δ Y,Δ Z)為WGS84空間直角坐標(biāo)到地方空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)；N為卯酉圈曲率半徑，可求得Δ H54=0.999 908 88Δ H84[1]。表1采用實(shí)測(cè)RTK數(shù)據(jù)，運(yùn)用徠卡LGO軟件模擬坐標(biāo)修改過程。

表1 VRS大地高變化對(duì)流動(dòng)站的影響表/ m

從表1可知，VRS處高程的變化基本只影響流動(dòng)站的高程值，而要將VRS與流動(dòng)站高程異常差值控制在cm級(jí)，需將兩者距離限制在一定范圍內(nèi)。

5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

廈門市連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)采用上述方法向流動(dòng)站發(fā)送高程異常信息。為評(píng)價(jià)該系統(tǒng)與精化區(qū)域似大地水準(zhǔn)面聯(lián)合應(yīng)用測(cè)量正常高的精度，對(duì)覆蓋廈門市的29個(gè)聯(lián)測(cè)二等水準(zhǔn)的B級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行了RTK檢測(cè)。流動(dòng)站型號(hào)為L(zhǎng)eica1250，差分?jǐn)?shù)據(jù)格式為RTCM2．3，測(cè)量時(shí)間60 s。RTK實(shí)測(cè)高程與水準(zhǔn)高程差值見表2。

由于福建地勢(shì)的特殊性，有1/3以上的測(cè)試點(diǎn)位于山區(qū)。從表2可知，RTK正常高精度分布較均勻。筆者之前采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法獲取正常高精度約為10 cm，與之相比采用該方法精度有了很大提升。

表2 RTK高程與水準(zhǔn)高程差值表/cm

6 結(jié) 語(yǔ)

VRS處的高程異常正確代表周圍流動(dòng)站的高程異常是該方法實(shí)現(xiàn)的先決條件， VRS至流動(dòng)站的距離越遠(yuǎn)差異越大，故當(dāng)流動(dòng)站與VRS距離超過500 m時(shí)，將重新生成參考站。如果在實(shí)時(shí)測(cè)量中要獲得準(zhǔn)確的高程信息，需有好的觀測(cè)條件（PDOP值、電離層對(duì)高程影響很大）[6]，且最好重新生成虛擬參考站。

該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：無需為流動(dòng)站用戶增加額外設(shè)備或模塊，無需顧及RTK用戶儀器間的差異，只需增加1臺(tái)中間服務(wù)器并開發(fā)相應(yīng)的軟件，節(jié)省了成本并實(shí)現(xiàn)了對(duì)水準(zhǔn)面精化成果的保密。其缺點(diǎn)為：由于高程異常內(nèi)插和虛擬觀測(cè)值生成都在服務(wù)器上進(jìn)行，受距離限制，服務(wù)器需要更頻繁地重新生成VRS觀測(cè)站（值）[7]，在一定程度上加重了服務(wù)器負(fù)擔(dān)。同時(shí)WGS84下測(cè)量的高程不再是大地高，某種程度上破壞了RTK空間測(cè)量的連續(xù)一致性，但這一特點(diǎn)也間接保護(hù)了基準(zhǔn)站到地方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

[1] 李江衛(wèi)，劉經(jīng)南，肖建華，等．基于VRS系統(tǒng)的精密正常高實(shí)時(shí)測(cè)量[J]．大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30(6)：86-90

[2] 寧津生，羅志才，李建成． 我國(guó)省市級(jí)大地水準(zhǔn)面精化的現(xiàn)狀和技術(shù)模式[J]．大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2004，24(1)：4-8

[3] 劉立龍，唐詩(shī)華，文鴻雁．GPS RMBS起算點(diǎn)偏差對(duì)定位影響的研究[J]．測(cè)繪科學(xué)，2008，33(2)：60-61

[4] 蔡宏翔．起始點(diǎn)位置偏差對(duì)精密GPS差分定位影響的研究[J]．中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，1999(1)：26-28

[5] 孔祥元．控制測(cè)量學(xué)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2002

[6] 霍夫曼?韋倫霍夫，利希特內(nèi)格爾?瓦斯勒．全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS，GLONASS，Galileo及其他系統(tǒng)[M]．北京：測(cè)繪出版社，2009

[7] 郭際明，張紹成，孟祥廣．VRS與FKP定位模式的研究與比較[J]．測(cè)繪通報(bào)，2011(1)：4-5

P223.0

B

1672-4623（2014）01-0140-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.048

歐陽(yáng)欣，工程師，主要從事工程測(cè)量及CORS應(yīng)用研究。

2012-08-06。