传统RTK与VRS系统的分析比较

摘要：传统GPS测绘技术的出现，促进了测绘工作的发展，使测绘技术手段发生了根本性的变革，提高了测绘的工作效率。随着网络GPS测绘技术里的VRS技术的成熟，对测绘工作更是一种飞跃性的进步。本文介绍了VRS技术下的RTK和传统RTK的特点，并进行了比较和分析。

关键词：VRSRTKGPS

一、 GPS测量技术的发展历史

说到GPS就不得不说GNSS(Global Navigation Satellite System)了，它是全球导航卫星系统的英文缩写，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，现在可供利用的有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo以及未来中国的北斗系统。由于我们使用最多的是美国的GPS，所以本文以GPS泛指GNSS。

GPS测绘技术的发展离不开GPS仪器的发展,下面我们简要介绍下GPS仪器和技术的发展史：

（一） 导航型GPS ：使用一台仪器，精度15米，单点定位，即时点位。

（二） 静态单频测量型GPS：使用多台仪器，相对精度厘米级，测量距离低于20KM，后处理得到测量成果。

（三） 静态双频测量型GPS：使用多台仪器，相对精度厘米级，增加多种模型改正，测量距离20KM左右，后处理得到测量成果。

（四） 动态双频测量型GPS：使用1台基准站GPS+1台或者多台移动站进行工作，使用高频电台或者GPRS传输数据链，使流动站即时得到基准站信息，从而即时得到差分后的测量成果，精度为：平面10mm+2pmm、高程20mm+2pmm，随着距离的增加误差会逐渐变大，测量距离一般不宜超过10KM，这就是本文所指的传统RTK（Real - time kinematic）。

（五） 网络RTK:使用1台移动站进行工作，利用网络中的多个基准站，从而省略了架设基准站的步骤，数据链使用GPRS。网络RTK的精度评定比较复杂，根据网络中基准站的位置使用内插等算法生成误差改正数。测量距离根据基站所在位置决定，即时得到测量成果。

（六） 基于网络RTK的VRS技术：使用1台移动站进行工作，利用VRS技术即虚拟基准站（Virtual Reference Station），这个技术可以在测区附近虚拟出一个基准站，使用GPRS数据链，使精度一直保持厘米级，即时得到测量成果。

以上为GPS仪器和技术的简单发展，还有很多分支未涉及，比如只使用一个基准站的单基站CORS等，VRS也就是网络RTK的一种工作方式，所以下面结合实际工作介绍（四）和（六）的特点

二、 传统RTK与VRS系统构成和工作原理

（一）传统RTK系统

传统RTK系统由基准站和移动站以及他们之间的数据链接收处理系统等构成。

传统RTK的工作原理是将一台接收机安置在基准站上，另外一台或多台接收机安置在流动站上，基准站和流动站会在同一时间、接收到四颗或大于四颗的同一GPS卫星发射的信号，基准站利用所获得的观测值与已知位置信息进行比较处理，得到卫星差分改正值。然后将这个改正值通过数据链（无线电电台或者GPRS）即时传递给流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。差分的数据类型有伪距差分、位置差分和载波相位差分三类，RTK使用的是载波相位差分。

RTK观测模型为： ，其中 为相位观测值，单位为m;为星站间的几何距离； 为光速；为接收机钟差； 为卫星钟差； 为载波相位波长；N为整周未知数； 为对流层折射影响指数； 为电离层折射影响指数； 相对论效应指数； 观测噪声。

(二)VRS系统

VRS系统由GPS固定基准站系统、数据传输系统、GPS网络数据处理系统、数据发播系统和用户系统（即移动站及接收处理系统）等五部分构成。

GPS固定基准站系统由三个及三个以上的固定基准站组成，基准站站间距可达70km，应比较均匀的分布在系统建立的工作区域内。将三个及三个以上的连续运行的固定基准站（固定基准站有连续观测数据，点位精度很高）的GPS卫星观测数据传送给GPS网络数据处理系统处理，固定基准站与GPS网络数据处理系统之间可通过光缆等相连，数据进行实时传送。用户系统即GPS流动站工作时，首先向GPS网络数据处理系统发送近似位置信息，就是包含的位置信息的NMEA -GGA数据，GPS网络数据处理系统得到近似位置信息后，将重新计算并修正对流层、电离层、星历误差，在流动站相附近位置建立一虚拟基准站，再向流动站发送标准的改正信息，就想在旁边建立了一个传统RTK基准站一样。由于处理上利用了多个参考站的联合数据，故VRS系统的精度更优于传统RTK.

三、 传统RTK与VRS系统在实际工作中应用

上海市从2004年开始，通过VRS系统建立可行性论证后，同Trimble公司合作建立VRS系统,对原有的5个老基站进行升级维护，设计建立4个新基站（未来还将建设2个基站），来共同设覆盖全上海。为所有在上海的测绘工作者提供稳定可靠的技术保障。

笔者于09年开始使用该系统，使用过程良好，在使用过程中对该系统确颇有心得。下面就利用一个实际测绘任务（假设在如（图一）的红色区域），对传统RTK与VRS系统的工作流程进行介绍。

首先是使用传统RTK时的工作流程：

（一） 仪器准备：准备好基准站和流动站及配件等（包括电池充电、仪器检查等）；

（二） 人员准备：四人（一名司机，一名基准站看护人员，一名观测人员，一名记录草图绘制人员）；

（三） 在工作地点联系好了以后，选择控制点，由于工作区域为红色的东北角，控制点决定为0103、0104、0215；

（四） 在比较合适地方架设基准站，一般为视野比较开阔，地势较高便于搜星的地方；避免架在高压设备附近、无线电通讯天线旁边、高大建筑物旁以及水边等；

（五） 做点校正建立工作使用的坐标系统：驱车前往三个点进行观测，花费大概1个小时（而且需要点校正的残差不超限）；

（六） 去测区进行实地测量；

（七） 测量外业结束后，取回基准站；

（八） 内业处理。

图一：红色区域为工作区域图二：红色区域为误差可能出现区域

然后是使用VRS系统时的工作流程如下：

（一） 仪器准备：准备好流动站及配件等（包括电池充电、仪器检查等）；

（二） 人员准备：三人（一名司机，一名观测人员，一名记录草图绘制人员）；

（三） 在工作地点联系好了以后，选择控制点：由于工作区域为红色的东北角，控制点决定为0103、0104、0215；

（四） 做点校正建立工作使用的坐标系统：驱车前往三个点进行观测，花费大概1个小时（而且需要点校正的残差不超限）；

（五） 去测区进行实地测量；

（六） 内业处理。

通过工作流程的对比不难看出，使用VRS系统后，在成本上、工作效率上有了很大的提高：

仪器设备上，传统RTK使用了两台仪器（基准站和移动站），VRS系统只使用了一台仪器（移动站）；

人员配备上，传统RTK使用了四位人员，VRS系统只使用了三位人员。

作业时间上，VRS系统省略了架设基准站的步骤，节省了工作时间。

方便程度上，在同一工地以后的工作中，两种方法都可以使用重置当地坐标的方法，但是VRS系统可以对整个范围进行点校正，测量的误差可以均匀的分布开，而传统RTK由于测量的距离限制点校正的范围有限，两块临近的点校正区域可能出现误差，同一点位坐标在两个不同的点校正范围里会稍有不同（当然这里的误差一般非常的小），如（图二）所示。所以在以后的工作中在整个范围内使用VRS系统都不需要重新做点校正，而如果使用传统RTK的方式则需要不断的切换点校正的范围，而且精度可能会低于VRS系统。

四、 结语

在使用VRS系统的3年时间里，该系统给公司带来了巨大的便利，首先工作时间上节省了不少，不需要再次做点校正，不需要寻找控制点；其次VRS系统每次测量的精度能够得到很好的保证，传统RTK由于存在基准站位置的选择问题，对精度有不小的影响；然后成本上人员、路途的费用也有很大程度的节省，虽然使用该系统需要每年付出一定的费用，但相比而言已经微乎其微了。

VRS系统的应用领域广阔，可以应用在建筑工程、市政建设，园林、规划、交通、环保、地质、地理信息等诸多行业，甚至我们生活中触目所及的方方面面。随着VRS系统的成熟进步和普及面的推广，相信GPS有着更广阔的前景。

参考文献

[1]徐绍铨 张华海 杨志强 王泽民《GPS测量原理及应用》,武汉大学出版社，2003

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。