浅谈VRS系统建设

摘要：VRS系统是一个跨多学科的项目，集成了GNSS测绘技术、网络通讯技术、计算机软件技术等，甚至要考虑土建工程、避雷、供电等方面，可以说它是一个基础性的测绘数据平台，本文就建设这样一个项目需要就考虑的一些实际问题进行探讨。

关键词：VRS技术 基站 建设

0 引言

随着GPS 技术应用的日益广泛，各种用途的连续运行参考站（CORS）相继建成，其中虚拟参考站（VRS）技术由于覆盖范围广，定位精度高，可靠性高等优点成为目前最流行的一种网络RTK 技术。VRS系统建设主要可分为基站系统、数据通讯系统、中心管理系统三个部分，只有保证三个部分的稳定，才能保证系统的正常运行，以下就系统建设过程中要注意的问题做一一阐述，以供大家交流学习。

1 基站建设

主要考虑的因素包括基站墩的稳定性、基站数据的连续可用性、基站防护的安全性。

对于基站墩稳定性的考虑是基于网络参考站将承担地区性动态测绘基准的使命的，要使其作为一个基准，首先要保持其稳定，但由于人类活动、地质构造变化，这个基准往往不可能是永恒不变的，而是“动态”的，而其实实际上是靠不断的维护和更新这个基准点的坐标，从而建立起区域性相对稳定的坐标框架，这是保证系统正常运行以及精度的前提。

基站墩形式目前主要有基岩型、土层型、屋顶型，一般要求一个系统里至少有一个基岩型墩，在基岩型墩区域没有受到地址灾害影响等的情况下可以作为系统里其它基站墩的参考基准，如果没有基岩墩，应该经常进行坐标联测，监控其坐标的动态变化，需满足规范要求。土层型墩按照规范要求制作，但要防止过大过重，反而造成基础沉降。屋顶墩一般要间在承重墙上，有些使用轻型不锈钢墩柱则要把钢筋混凝土基础建立在承重墙上，有些是固定在楼顶女儿墙上的不锈钢架，这些都要考虑房屋使用年限，应选择沉降基本完成的房屋。

基站接收机数据以1HZ速率往数据处理中心实时发送，而数据处理中心软件会将质量不好的历元数据剔除不用，最关键的质量标准是要实时跟踪到L2载波数据，因此保证基站实时数据的连续可用是软件连续处理的先决条件，往往通过先期的环境测试来掌握初选站址的数据质量情况。

环境测试一般是基站定址以后必须做的，其目的主要是测试是否有电磁干扰、是否有多路径干扰严重、接收信号的信噪比等，常规方法是连续静态测量24小时，采样率1s，这样就接收了所有GPS卫星绕地球运行两圈的所有数据，处理软件一般采用GPS数据处理商用软，主要指标有数据完整率大于95%，多路径MP1/MP2值小于0.5m、实时信噪比S1/S2在高度角10°以上一般要大于20/15（经验值）等。在处理结果的总结文件里要着重查看每颗卫星跟踪状况，特别要查看是否有截止角度以上L2失锁情况，以为整个参考站网处理必须是基于双频的，而L2频率的信噪比一般都比L1信噪比低，尤其是低高度角时低的更多。实际上，用网络处理软件在站上直接连接接收机进行环境测试更加有效，从软件里可以直接查看并记录观测数据，一般来说软件会先分析原始数据的质量，在这一层记录数据文件并实时查看记录原始数据的跟踪情况，这是最贴近中心软件处理方式的。

基站防护方面目前多数网络考虑了防雷防电涌，加装避雷针是防止直接雷击的破坏，加装浪涌防护器是防止瞬时电涌的破坏，一般有天线馈线、电源、网络三层浪涌防护器，它们都需要有良好的接地，避雷针接地电阻要小于5欧姆。由于接地与避雷是特殊工程，所以建议由专门部门来做。

2 数据通讯系统

整个系统数据通讯包括基站到中心、中心到用户两段。

从基站到中心的数据通讯系统是保证系统正常运行的控制工程，对网络结算有直接影响。对VRS这样一个实时系统，一个历元数据的传送延迟不能超过2秒，否则软件将丢弃该历元，从而重新解算该站卫星数据，因此必须建立优质的数据通讯系统。

在基站选址初期就应该考虑通讯条件是否完备，如果是与其它部门合作的热点，要考虑现有通讯方式是否有混杂流量的现象，保证本系统专线专用，或者至少是在该链路上不会有忽大忽小不稳定的数据量流过，如果是新建通讯链路，应首选光纤专线，不得已时再选择ADSL、移动通讯等方式。

从基站到中心的通讯系统一般建立虚拟专网VPN，主要是保证数据安全，但由不同合作单位建立的VPN有不同的组成方式或者物理链路，并不是所有VPN都有很小的数据延迟，因为其物理链路或者说从基站到中心的某一段物理链路可能是共享的，而这些是不容易察觉到了，所以应该在基站端和中心端检测整条链路经过了多少层路由转换，也就是经过了多少个通讯节点，哪个节点造成的数据延迟最大，做逐一的统计。针对基站的通讯测试有24小时的ping测试、tracert追踪测试等，确定丢包率及整条链路中节点数。

从中心到用户的通讯一般则经过有线通讯和无线通讯两部分，而根据经验流动站接收到的改正数据延迟不超过3秒才能保证正常的初始化状态，当改正数据从中心发出后，一般经过公众Internet网进入移动公司或联通公司的中心热点，再进入流动站用户所在的地区节点，最后由流动站接收到，这样的数据流路径很容易受到其它因素的影响，例如公众网瞬时流量、节点移动、基站设备的好坏等。目前通常做法是建立移动VPN，即将中心的IP地址和流动站用户使用的移动设备获得的IP地址自动进入一个VPN里，并且其物理链路不经过公众网等混杂环境，这样可以有效减少数据延迟。

3 数据处理和管理中心

中心由必要的网络设备、服务器、机柜、UPS电源等附属设备组成，其网络结构稍显复杂，因为其承担着接收基站数据流同时改正数据流的任务，在内外网之间要有顺畅的数据流导向关系，一般来说需要利用数据服务器的双网卡实现，通过路由器连接至外网，同时接入内网交换机。由于中心与公众Internet网有一定联系，所以加装安全防护硬件例如防火墙是很有必要的，但防火墙又不能把数据通讯链路完全阻隔，需要预留出端口，目前以Ntrip协议网络差分改正数据使用的端口是2101。

数据处理软件是整个系统的核心发动机，上管基站，下数据，核心是处理，在保证了原始数据流实时传输到软件的同时，还要保证其运行的硬件环境安全稳定，环境因素主要考虑供电、避雷、防静电、温湿条件，再就是数据处理和服务器型号质量，其次操作系统的稳定性。由于目前导航系统的逐步完善，跟踪卫星数越来越多，服务器的性能随着连续运行时间增加就下降很多，所以可以预先将整网划分为几个小子网，利用多台服务器处理。

4 其它

坐标联测是基站安装完成后一项重要工作，应施测包含参考站在内的区域静态控制网，前些年的VRS网络一般和IGS联测，使用WGS-84坐标系统，我国CGC2000坐标系统已启用，从2009年以后的VRS网络基本上都采用它作为参考站坐标系，施测静态控制网的几个主要目的在于：求解参考站坐标、建立整网坐标基准框架、求接触CGC2000坐标系与本地坐标系之间的转换参数用以实际生产、为系统的RTK精度测试提供参考点。

VRS是一个基础设施平台，它的成果数据可以应用到多个领域，不仅仅在测绘领域得到最直接的应用，目前利用这个平台应用到变形监测领域是一个方向，特别是在一些小城市级网络，站间距比较短，一般可以利用GNSS和全站仪两种手段联合作业，实现实时监测，主要可以应用到大型建筑物、水库坝体、矿区沉降等领域。

5 结束语

总之，VRS系统是一个多学科、多领域、集成度高的项目，要建设好这样一个项目，需要严谨的规划和精细的实施。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.2006.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社.

[2]徐绍铨.1994.GPS水准的试验与研究[J].工程勘察.

[3]周乐韬.2007.连续运行参考站网络实时动态定位理论、算法和系统实现[D].成都：西南交通大学.

[4]李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

作者简介：滕春江，男，1984年生，陕西渭南人，助教，2007年毕业于河北理工大学交通与测绘工程学院测绘工程专业，现陕西铁路工程职业技术学院测绘工程系任教，从事工程测量教学及科研工作。