虛擬參考站技術(shù)（VRS）在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

李行　陳朵　李豪陽(yáng)

摘要：隨著測(cè)繪儀器和測(cè)繪理論及技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化測(cè)量已經(jīng)成為現(xiàn)階段主流測(cè)量方法。本文簡(jiǎn)要介紹了GPS-RTK技術(shù)基本原理、構(gòu)成，以及作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)代表的虛擬參考站技術(shù)（VRS）的工作原理，闡述了虛擬參考站技術(shù)（VRS）在礦山測(cè)量中的應(yīng)用，分析了VRS技術(shù)具體應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合施工實(shí)踐，就施工中遇到的問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決辦法和建議。

關(guān)鍵詞：VRS；GPS-RTK；礦山測(cè)量

引言

隨著測(cè)繪的數(shù)字化發(fā)展，“數(shù)字礦山”“三維礦山”在地質(zhì)找礦過(guò)程中發(fā)揮的積極作用，逐步得到地質(zhì)行業(yè)的普遍認(rèn)可，近年來(lái)地質(zhì)行業(yè)對(duì)礦山測(cè)繪的精度要求不斷提高，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀配合平板測(cè)量的測(cè)繪方法和利用手持GPS定點(diǎn)測(cè)量方法，逐步被GPS-RTK測(cè)量方法所取代。該方法定位精度高，不受山地通視條件的限制，且施工流程簡(jiǎn)單、不需要頻繁的搬站，提高了工作效率。近年來(lái)快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)RTK方法，不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，測(cè)量效率有了進(jìn)一步的提高。本文從介紹RTK技術(shù)的相關(guān)理論出發(fā)，到結(jié)合施工應(yīng)用，最后就虛擬參展站技術(shù)（VRS）在礦山測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1.網(wǎng)絡(luò)RTK概述

1.1 RTK測(cè)量原理

RTK（Real Time Kinematic）測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的，具有快速高精度定位功能的載波相位差分測(cè)量技術(shù)。實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)，是利用基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)數(shù)據(jù)，與流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分處理，并解算整周模糊度。由于通過(guò)差分消去絕大部分的誤差，因而可以達(dá)厘米級(jí)定位精度。

1.1.1 RTK系統(tǒng)組成

常規(guī)RTK系統(tǒng)主要由一個(gè)參考站（基準(zhǔn)站）、若干個(gè)流動(dòng)站及數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（電臺(tái)）組成。在該模式下，一個(gè)臨時(shí)建立的基準(zhǔn)站對(duì)所有可見(jiàn)的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并通過(guò)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息直接傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過(guò)電臺(tái)接收來(lái)自基準(zhǔn)站的信息，并組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，得到厘米級(jí)定位結(jié)果。

1.2網(wǎng)絡(luò)RTK與虛擬參考站技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)厘米級(jí)、精度均勻的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò)RTK（CORS）技術(shù)得到飛速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)又叫多基站RTK，由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體而形成專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)

虛擬參考站技術(shù)（VRS）是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的代表。采用VRS技術(shù)，基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)必須包含三個(gè)以上的CORS站數(shù)據(jù)中心通過(guò)組合所有基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，確定整個(gè)CORS覆蓋區(qū)域的電離層誤差、對(duì)流層誤差、軌道誤差模型等。流動(dòng)站作業(yè)時(shí)，首先通過(guò)GPRS或CDMA無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)中心發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，并將流動(dòng)站的概略位置回傳給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心利用與流動(dòng)站最接近的三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)及誤差模型，生成一個(gè)對(duì)應(yīng)于流動(dòng)站概略位置的虛擬參考站，然后將這個(gè)虛擬參考站的改正數(shù)信息發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站再結(jié)合自身的觀測(cè)數(shù)據(jù)解算出其所在位置的精確坐標(biāo)。

2.VRS技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用及流程

2.1 VRS技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

礦山測(cè)量主要包括點(diǎn)位和線(xiàn)段的測(cè)、放作業(yè)。常見(jiàn)的有取樣點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量，礦脈（層）露頭點(diǎn)位測(cè)量，鉆孔坐標(biāo)放樣、鉆孔坐標(biāo)測(cè)量，剖面測(cè)量和探槽的槽頭坐標(biāo)測(cè)量等。由于很多礦產(chǎn)的礦層厚度較小，露頭較少，為最大精度的推斷礦層走向、傾向及傾角，弄清礦體產(chǎn)狀，準(zhǔn)確測(cè)、放露頭礦層的空間位置坐標(biāo)、頂?shù)装逦恢煤豌@孔坐標(biāo)，顯得尤為重要。

2.2 VRS技術(shù)在礦山測(cè)量中的作業(yè)流程

2.2.1準(zhǔn)備工作

在開(kāi)展外業(yè)測(cè)量前，應(yīng)先對(duì)礦區(qū)進(jìn)行踏勘，了解礦區(qū)四至范圍，同時(shí)收集礦區(qū)周邊的控制資料，便于求解測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

目前國(guó)家推行CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，但筆者個(gè)人在實(shí)際的礦山測(cè)量工作中發(fā)現(xiàn)，很多礦山所采用的還是基于西安80坐標(biāo)系的坐標(biāo)，有的甚至只有基于北京54坐標(biāo)的老資料。對(duì)于這種情況，多數(shù)采取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以CGCS2000坐標(biāo)為準(zhǔn)的處理辦法。

外業(yè)出發(fā)前應(yīng)做好的準(zhǔn)備工作有：將所在地區(qū)的中央子午線(xiàn)、所采用的橢球和坐標(biāo)系統(tǒng)、解算好的七參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入手簿，另外GPS接收機(jī)應(yīng)登錄所在省份的CORS賬號(hào)，確保登錄服務(wù)器成功，手簿能得到固定解坐標(biāo)。

最后應(yīng)持有儀器前往已知坐標(biāo)點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，驗(yàn)證坐標(biāo)點(diǎn)位一般不少于3個(gè)，且所選點(diǎn)位應(yīng)分布在礦區(qū)周邊不同方位。實(shí)測(cè)坐標(biāo)與點(diǎn)位坐標(biāo)對(duì)照，誤差在精度范圍內(nèi)，即可采用當(dāng)前參數(shù)，若精度超限，應(yīng)查找原因，直至較差不超限。

2.2.2外業(yè)測(cè)量

測(cè)繪人員在進(jìn)入礦區(qū)前，應(yīng)在手簿內(nèi)新建工程，套用解算參數(shù)，并到已知點(diǎn)上進(jìn)行實(shí)測(cè)，對(duì)照已知坐標(biāo)，驗(yàn)證精度，確定精度不超限后，再隨從地質(zhì)人員進(jìn)入礦區(qū)施工，進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量、坐標(biāo)放樣等工作。

當(dāng)天工作完成后，GPS接收機(jī)應(yīng)在同一個(gè)已知點(diǎn)上進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定坐標(biāo)誤差在限差范圍內(nèi)，再關(guān)閉主機(jī)，收裝儀器。

2.2.3內(nèi)業(yè)整理

數(shù)據(jù)處理一般保留點(diǎn)號(hào)、編碼、X、Y和高程值。

應(yīng)及時(shí)備份測(cè)量數(shù)據(jù)，妥善保管好原始測(cè)量數(shù)據(jù)文件，涉密坐標(biāo)等涉密資料須使用涉密計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理，并由單位定密人指定的專(zhuān)人保管。

2.2.4成果提交

測(cè)量成果應(yīng)按照甲方的要求進(jìn)行匯交，涉密數(shù)據(jù)任何人不得以任何形式公開(kāi)。

3.VRS技術(shù)與常規(guī)RTK在礦山測(cè)量中的結(jié)合應(yīng)用

VRS技術(shù)的普及使用，給廣大一線(xiàn)測(cè)繪人員帶來(lái)了工作上的便利，隨行攜帶儀器設(shè)備顯著減少，進(jìn)一步提高了工作效率。但由于CORS信號(hào)在地形切割嚴(yán)重的山區(qū)難以有效覆蓋，單純的VRS技術(shù)手段依舊滿(mǎn)足不了工作需求。例如在豫西山區(qū)某礦區(qū)，在許多溝谷區(qū)域，雙星GPS接收機(jī)無(wú)法接收到CORS信號(hào)。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，以使用SOUTH（南方）S86雙頻GPS接收機(jī)為例，簡(jiǎn)要介紹VRS技術(shù)和常規(guī)RTK技術(shù)結(jié)合使用的礦山測(cè)量方法。

3.1工作原理

基于礦山測(cè)量精度、儀器便攜性和工作效率三個(gè)方面的考慮，相比使用VRS技術(shù)進(jìn)行礦山測(cè)量，使用該方法一般需要加帶一部同型號(hào)GPS接收機(jī)主機(jī)和一部三腳架。

工作原理：使用移動(dòng)站GPS接收機(jī)利用CORS信號(hào)，在礦區(qū)山體梁部或者鞍部等開(kāi)闊地區(qū)測(cè)出擬架設(shè)基站的點(diǎn)位坐標(biāo)，隨后另一臺(tái)GPS接收機(jī)架設(shè)在該點(diǎn)位上作為基站，即選用已知點(diǎn)架設(shè)基站。移動(dòng)站在山谷等無(wú)Cors信號(hào)的地區(qū)施工時(shí)，將數(shù)據(jù)鏈從“網(wǎng)絡(luò)”切換為“電臺(tái)”，同時(shí)設(shè)置移動(dòng)站電臺(tái)通道與基站的電臺(tái)通道保持一致，即可得到固定解。

3.2兩者結(jié)合使用的優(yōu)勢(shì)和不足

VRS和傳統(tǒng)RTK技術(shù)結(jié)合使用的最大特點(diǎn)就是做到“雙源”信號(hào)，且互不干涉。在Cors信號(hào)覆蓋的地區(qū)使用網(wǎng)絡(luò)信號(hào)作業(yè)，在無(wú)信號(hào)區(qū)域只需切換數(shù)據(jù)鏈，即可接收架設(shè)的基站信號(hào)，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)方便，并且能夠保證精度。

該方法相比使用外接模塊架設(shè)大天線(xiàn)的模式，有以下幾點(diǎn)明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）對(duì)地形要求較低。在橫隔山梁或數(shù)道山梁的地形條件下，以及受一些微地形的影響，使用高架天線(xiàn)依然難以保證基站信號(hào)覆蓋工作區(qū)內(nèi)各個(gè)區(qū)域，而該方法可以就近架站做到信號(hào)覆蓋。

（2）攜帶方便。使用外接模塊架設(shè)高架天線(xiàn)，相比該方法需要多攜帶電瓶、數(shù)據(jù)鏈、長(zhǎng)天線(xiàn)、5m測(cè)量桿和三腳架等儀器設(shè)備，耗費(fèi)更多的人力搬運(yùn)。

不過(guò)該方法仍有不足之處，使用GPS接收機(jī)作為基站發(fā)射信號(hào)，信號(hào)覆蓋范圍相對(duì)較小，在較大區(qū)域內(nèi)作業(yè)仍需要變換基站位置。

4.結(jié)論

隨著數(shù)字航空攝影和低空無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，礦山測(cè)量所能選用的技術(shù)方法越來(lái)越多，但就目前來(lái)看，使用GPS-RTK方法進(jìn)行礦山測(cè)量仍然無(wú)法在短期內(nèi)被取代。掌握使用VRS技術(shù)和傳統(tǒng)RTK技術(shù)方法進(jìn)行礦山測(cè)量，依然是從業(yè)人員的必修課。在實(shí)踐中不斷總結(jié)、優(yōu)化工作方法，任重而道遠(yuǎn)。