关于VRS技术在测量工程中应用的探讨

摘要：在GPS技术出现以前,进行地形测量以及放样等工作用到的仪器主要是全站仪,因其精度高、作业稳定等特点,成为大多数作业单位的选择。但在作业过程中,全站仪需要两点通视,且不能全天候作业,因而影响了作业效率。虽然1+1模式下的GPS测量技术能够解决全站仪的大部分缺陷,但传统的RTK技术仍然有着一定的局限性,如用户需要假设本地的基准站,误差随着距离的增长而增加等缺陷,使得其在应用中受到一定的限制。VRS技术正是为了解决以上难题而应运而生。

关键词：VRS;GPS;RTK;地形测量

1VRS技术

RTK(Real Time Kinematic)技术是指基于载波相位观测的实时动态差分定位技术。网络RTK是基于多基准站的RTK技术,是对传统RTK方法的进一步改进。由于常规RTK技术存在一些缺陷,如:用户需要架设本地的基准站、误差随距离的增大而增大等。为了解决常规RTK技术存在的诸类缺陷,网络RTK随之而产生。

1.1VRS系统组成

VRS是Virtual Reference Station的缩写,VRS技术也就是通常所说的虚拟参考站技术,它是指基于多基准站网络下的GPS实时动态定位技术。VRS技术是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体的定位系统,由连续运行参考站、控制中心和移动用户组成。各个组成部分的功能如下:

(1)连续运行参考站。连续不断地观测GPS原始数据,并实时地将观测值传输至控制中心。

(2)控制中心。根据各个GPS基准站的原始观测值,计算电离层、对流层和卫星轨道等误差模型,并通过通讯设备(GPRS\CDMA)实时地将虚拟参考站的相位差分改正数传给移动用户。

(3)移动站。接收控制中心的相位差分改正数,联合自身GPS观测值得到高精度的实时定位值。

1.2VRS系统工作原理及流程

在某一地区,建立若干个连续运行的GPS基准站,根据这些GPS基准站的观测值建立区域内电离层、对流层、卫星轨道等误差模型。VRS系统运行时,将这些误差从基准站的原始观测数据值中减去,从而形成“无误差”的观测值,然后将这些无误差的观测值和流动站的观测值有效地组合,在流动站附近虚拟出一个参考站,最后再将流动站与虚拟参考站进行载波相位差分计算改正数,实现实时动态RTK测量。VRS的工作流程如下:

(1)各个基准站通过通讯设备连续不断地向数据控制中心传输数据;

(2)控制中心实时地对数据进行完好性检验,并解算各个基准站网内的整周模糊度以及建立误差模型;

(3)移动站向控制中心发送自己的概略坐标位置后,控制中心根据流动站发来的数据在移动站附近虚拟出一个基准站,通过内插法计算VRS上各误差源影响的改正值,然后按一定格式和协议将改正值发给流动站用户;

(4)流动站与虚拟参考站进行常规的RTK作业,进行差分解算得到用户的精确位置,实现厘米级的定位成果。

2网络RTK在地形测量中的应用

与常规的1+1模式下RTK作业方式相比,网络RTK测量除了具有高精度、高效率、全天候以及操作简便等特点外,更重要的是解决了常规RTK作业受距离限制的影响。随着GPS接收机性能的逐步完善以及蓝牙(Bluetooth)技术在接收机和手簿之间作为无线数据传输的成功应用,GPS网络RTK技术已经成为测量及相关部门的首选方法。

2.1作业前准备事项

在进行野外作业前,需对GPS进行设置。如PDOP值小于6,平面坐标2 cm,高程3 cm,采样率为3 s。然后根据地形的分布情况,在测区内选取分布均匀的三个或三个以上的已知点,在手簿中输入这些点的WGS84坐标和所需椭球下的坐标,进行七参数转换(如果没有WGS84坐标,则可以在现场采集)。流动站设置之后,打开蓝牙,进行蓝牙连接,使手簿和接收机进行无线通讯;再进行GPRS(或CDMA)连接,当定位状态为INT时,便可进行图根控制点的测量和碎部点的采集。

2.2图根控制点的测量

网络RTK的精度目前已经能达到厘米级,完全可以满足数字化地形测量中图根控制测量的要求。因而除了高精度的控制测量采用其它的方法之外,一般控制点的采集都可以采用网络RTK形式。

对于大多数基于VRS的GPS接收机来说,网络RTK做控制测量一般都需进行以下几步操作:在手簿中输入采样率和测量点数,然后进行蓝牙和GRPS(或CDMA)连接,连接成功后,当解的类型为固定解时,内置软件会自动求出平均值作为图跟控制点的最后坐标。大量实践表明,网络RTK解的类型为固定解时,精度一般都能达到1~3 cm。

2.3碎部点的采集

由于碎部点的精度要求不是很高,所以用户可以根据实际情况设置水平精度和垂直精度范围。当手簿上显示的水平精度和垂直精度在限差范围之内时,便就可以将当前点的坐标作为碎部点的坐标。由于点与点之间不要求通视,因而当点位精度达到要求时,即可保存当前点的坐标,这样大大提高了野外作业效率,使得测量简易便行。

3结束语

GPS网络RTK技术的出现是对常规测量方式成功的挑战,解决了常规RTK作业模式下受到距离限制等缺陷的影响。VRS技术的出现,标志着GPS的发展进入了一个全新的阶段。与传统RTK技术相比,VRS技术具有如下特点:

(1)精度更高,可靠性更强;

(2)费用大幅度降低,覆盖范围广;

(3)在VRS网络范围内,不再受距离的限制;

(4)不需要架设基准站,可以实现单人作业。