虛擬參考站技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

潘宇 谷彥妍

摘 要：虛擬參考站（VRS）技術(shù)是基于GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位RTK技術(shù)中的最為重要的一個(gè)種，與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，該項(xiàng)技術(shù)具有高精確度、操作簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)勢(shì)，近年來在現(xiàn)代工程測(cè)量中逐步應(yīng)用起來。本文主要對(duì)虛擬參考站技術(shù)的構(gòu)成與原理，以及在工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)探討。

關(guān)鍵詞：虛擬參考站技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用

虛擬參考站（VRS）技術(shù)伴隨GPS技術(shù)發(fā)展而來的，實(shí)際上是基于GPS網(wǎng)絡(luò)的PTK技術(shù)，它的誕生和應(yīng)用標(biāo)志著精確度更高的GPS技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。虛擬參考站技術(shù)的應(yīng)用，使專業(yè)測(cè)量人員可直接在測(cè)量區(qū)任意一點(diǎn)就可即時(shí)開展GPS高精度、實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性的測(cè)量作業(yè)。且該種技術(shù)可達(dá)到厘米級(jí)精度，大幅提升了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，也增強(qiáng)了測(cè)量系統(tǒng)性能。

一、虛擬參考站技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)成及基本原理

1.基本構(gòu)成

虛擬參考站技術(shù)系統(tǒng)主要由這幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）控制中心，這是該系統(tǒng)核心，也就是數(shù)據(jù)處理中。一方面，其通過通訊線路（比如：光纜、電話線等）和既有的固定參考站形成通訊網(wǎng)絡(luò)；另一方面，其又可以通過無線網(wǎng)絡(luò)（GSM、GPRS、CDMA等）和移動(dòng)通信用戶進(jìn)行通訊。主要通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行全面控制，但是該中心的GPS-NET不但是數(shù)據(jù)處理軟件，同樣還是管理軟件。（2）固定參考站，該部分主要布設(shè)在虛擬參考網(wǎng)絡(luò)中，必須在3個(gè)以上。當(dāng)前，參考站之間可相距70km，各參考站間全天候不間斷實(shí)施監(jiān)測(cè)，和控制中心間主要通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)時(shí)地把所測(cè)的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?。?）接收機(jī)，主要是用戶接收機(jī)，和無線通訊調(diào)制解調(diào)器結(jié)合，根據(jù)實(shí)際需要配置在各種載體上，比如：汽車、火車、飛機(jī)等。此外，也可由測(cè)量人員攜帶在身上開展作業(yè)。其經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)把初始位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行模瑫r(shí)接收控制中心發(fā)出的差分信號(hào)，進(jìn)而可獲得精確到厘米級(jí)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.基本原理

在應(yīng)用虛擬參考站技術(shù)時(shí)，各個(gè)固定參考站并不是向移動(dòng)通信用戶直接發(fā)送信息的，而把所獲得的一切原始數(shù)據(jù)通過通訊設(shè)備傳輸?shù)娇刂浦行?。移?dòng)通信用戶在應(yīng)用前，先要通過GSM的信息功能往控制中心發(fā)送一個(gè)大概坐標(biāo)，中心在獲取該位置信息之后，就可以根據(jù)用戶所在位置，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)篩選出最佳的參考站組合，對(duì)GPS衛(wèi)星的軌道誤差，以及電力層、對(duì)流層等客觀因素造成的誤差予以全面改正，然后把高精確度的差分信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)站。此差分信號(hào)效果就如在移動(dòng)站附近，構(gòu)成一虛擬參考站，進(jìn)而確保用戶地理信息的精確度。流動(dòng)測(cè)量站的測(cè)量人員更為方便的接收虛擬參考站所傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

虛擬參考站系統(tǒng)實(shí)際是基于GPS定位技術(shù)和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)等高新技術(shù)發(fā)展而來的新型技術(shù)，是GPS的多基站技術(shù)，在數(shù)據(jù)處理方面充分利用多基站算法。

二、虛擬參考站技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用分析

虛擬參考站技術(shù)有著使用面廣、可靠性高及精度高等優(yōu)點(diǎn)。某市應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)均勻分布在市內(nèi)60個(gè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)開展系統(tǒng)測(cè)量。這些導(dǎo)線點(diǎn)距離最近一個(gè)參考站大約是5km，而最遠(yuǎn)的那個(gè)為22km。對(duì)誤差相對(duì)較大的10個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表1），從數(shù)據(jù)看出最大的點(diǎn)位誤差是±21mm，點(diǎn)位誤差在±10mm以下的有92%，在±20mm以下的有98%，可以知道，基于GPS網(wǎng)絡(luò)的PTK技術(shù)在定位上具有極高精確度，更為準(zhǔn)確、可靠，明顯優(yōu)于常規(guī)RTK技術(shù)。

表1控制點(diǎn)的精確度檢核統(tǒng)計(jì)（mm）

檢核點(diǎn) 坐標(biāo)不符數(shù)值

ΔX ΔY

NI1 5 8

NI2 4 8

NI3 5 6

NI4 6 -2

NI5 11 6

NI6 1 10

NI7 -8 9

NI8 3 14

NI9 -3 13

NI10 21 12

在本市某工程中需作條二級(jí)導(dǎo)線，但是因該地區(qū)屬于山區(qū)，且離工程最近的一個(gè)控制點(diǎn)也在3km之外，如在測(cè)量中應(yīng)用統(tǒng)RTK技術(shù)難以收集到信號(hào)，無法順利完成測(cè)量，因而在測(cè)量中考慮應(yīng)用虛擬參考站技術(shù)完成此次工程測(cè)量。測(cè)量方法就是在每個(gè)點(diǎn)在完成初始化后，進(jìn)行180s時(shí)間的采樣，再把測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)饺緝x進(jìn)行檢查，在檢查中發(fā)現(xiàn)最大邊長(zhǎng)的誤差是±12mm，精確度基本和二等導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)相符，滿足要求。通常此處測(cè)量操作，可以知道：

一是虛擬參考站差分信號(hào)具有較遠(yuǎn)的傳播距離，明顯優(yōu)于以往的測(cè)量技術(shù)，且在實(shí)際測(cè)量作業(yè)中測(cè)量人員不需要專門設(shè)置基準(zhǔn)站，進(jìn)而大幅增加了RTK技術(shù)的作業(yè)距離。

二是精確度得到明顯提升。在虛擬參考站網(wǎng)絡(luò)控制范圍之內(nèi)，它的誤差是不隨距離延伸而增加的，精確度始終處于±1～2cm。

三是測(cè)量結(jié)果可靠性更強(qiáng)。在工程測(cè)量作業(yè)中，主要應(yīng)用多參考站聯(lián)合數(shù)據(jù)完成測(cè)量，大幅提升測(cè)量數(shù)據(jù)和結(jié)果的可靠性。

四是適用范圍較廣?；贕PS網(wǎng)絡(luò)的RTK技術(shù)形成的虛擬參考站系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用到國(guó)土規(guī)劃、城市規(guī)劃、市政管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地籍測(cè)繪、控制測(cè)量及各類工程建筑物放樣等測(cè)繪工作種，且應(yīng)用效率較高。

三、結(jié)語

虛擬參考站技術(shù)是全球定位系統(tǒng)GPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位RTK技術(shù)的一種新技術(shù)，其不但具備GPS技術(shù)定位準(zhǔn)確、傳輸迅速等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)還可獲得實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)和結(jié)果，大大提升了現(xiàn)代工程測(cè)量精準(zhǔn)度，且提高了測(cè)量作業(yè)的效率，在一定程度上降低了測(cè)量成本。虛擬參考站技術(shù)的具有較為廣泛的應(yīng)用范圍，也有很廣的應(yīng)用前景，能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)、科技、軍事、社會(huì)等領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮出重要作用。

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