VRS Rift技术及其在水利勘测中的应用

王江涛　于龙超

摘 要：本文主要讨论了VRS RTK定位原理及特点，将其与传统测量技术进行了一些比较，结合生产实际，主要介绍了VRS RTK在水下地形测量及放线平面控制测量的应用。

关键词：VRS RTK；TJCORS；水下地形测量；放线平面控制测量

1、VRS RTK的基本原理

常规RTK技术是采用的空间后方交会原理。将一台GPS接收机安装在已知点上（即基准站）对符合要求的GPS卫星进行连续观测，将采集的载波相位观测量和基准站的信息通过基准站电台发射出去，流动站在对符合要求的GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也通过流动站电台接收基准站发射的信号，最终求出流动站的位置。要满足厘米级实时（单历无求解）定位的精度，要求站间的天线必须“准直线通视”，流动站和参考站的距离一般不宜大于10KM，。 随着流动站与参考站间距离增大，双差观测值中的系统误差残差迅速增大，定位精度会讯速下降，以致无法正确确定整周模糊度，不能获得固定解。鉴于传统RTK技术所存在的诸多缺陷，为获得区域范围内精度均匀可靠的厘米级实时动态定位，VRS RTK技术逐渐得到应用并推广。虚拟参考站（Virtual Reference Station）技术就是利用布设在地面的若干个基准站，组成GPS连续运行参考站网（CORS），汇总利用多个基站的观测数据，通过建立精确的误差修正模型，实时发送RTCM差分改正数，对用户的观测值精度及时修正，实现在更广阔区域内流动站用户的高精度定位服务。VRS RTK技术集无线通讯技术、Internet技术、GPS定位技术和计算机网络管理技术于一体，是参考站网络式GPS多功能服务系统的解决方案和核心支撑技术，其在理论研究与系统开发应用上，都是GPS技术科研和应用领域热门的前沿技术。

区别于常规RTK技术，在虚拟参考站网络中，各固定参考站不直接对流动站用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯系统发送给控制中心。同时，移动用户在正式工作前，先通过内置手机卡GPRS或CDMA的移动互联网功能对控制中心发送一个概略位置（GAA数据），控制中心收到这个坐标信息后，根据用户概略位置，由计算机自动匹配最合适的一组固定基准站，根据这些基准站发来的数据，对GPS的轨道误差、对流层、电离层和大气折射引起的误差进行一个整体改正，并将高精度的差分信号发给移动站。借助这个差分信号，等于在移动站旁边，重新虚拟生成一个新的的参考基站，从而很好的解决了RTK在作业距离上的局限，并确保了用户的精度上的可靠性。

虚拟参考站技术的实质就是利用动态观测数据和各基准站的坐标解算該区域实时误差模型，然后用流动站概略坐标根据相应的数学模型，模拟出一个靠近流动站的虚拟参考站的观测数据，建立观测方程，对流动站到虚拟参考站之间这一超短基线进行实时动态解算。一般虚拟参考站的坐标就是流动站登录时上传的概略位置，这样根据单点定位的精度，使得流动站到虚拟参考站之间的距离一般在几米到几十米不等，考虑到将流动站发送给处理中心的观测值进行双差处理，然后建立虚拟参考站，这一基线长度甚至小于十米。对于临近的若干点，可以只假设一个虚拟参考站。开一次机，数据中心和用户通讯初始化一次，确定一个虚拟参考站。当虚拟参考站和移动站之间的距离超出一定范围之后，数据中心重新确定一个虚拟参考站。

2 、VRS RTK的特点

VRS RTK定位精度高，数据安全可靠，测站间无需通视。在基准控制点不足的地区和因地形复杂地物障碍造成的通视困难地区能进行快速的高精度定位计算。作业人员少，定位速度快，综合效益高。VRS RTK接收机仅需一个人操作，在待定点上待一两秒即可获得该点坐标。应用此技术不需要设置基准站，省去了启动基准站的时间和看守基准站的人员，作业范围得到了扩大，在作业范围内能够得到精度较为均匀的成果。

VRS RTK测量的关键是确定整周未知数，能否连续可靠的接收参考站的信号，是VRS RTK能否顺利施测的决定因素，实地中来自外界的干扰会降低VRS RTK的可靠性和精度，测量过程中要注意：

初始化应保证GPS接收机、手簿控制器、数据通讯设备及网络控制中心之间的链接正确；PDOP值≦6；卫星高度截止角≧15°；有效的观测卫星数≧5颗。

点位选择要充分考虑到与其他测量手段联测和扩展；点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

VRS RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但现有的高程异常图在某些地区尤其是山区还存在较大误差，将GPS大地高程转换至正常高的精度会不均匀。

3 、VRS RTK在水下地形测量中的应用

天津号称九龙下稍天津卫，河流和港口的水下地形测量相对比较多。河道工程测量的特点就是带状测区狭长范围大，区域分布广泛，上下游水面存在落差，近入海口水位受潮汐影响大，附近控制点比较少，给测量带来极大的困难。

利用TJCORS系统作业前必须检查接收机的各项参数设置和工作模式，采用的投影参数和坐标系统满足要求。作业时将GPS天线通过螺旋固定在测深仪换能器杆顶部，用盒尺量取天线相位中心至水面的垂直距离作为天线高输入电脑，在固定解状态下采集点位的三维坐标，获得的H值为水面瞬时高程，减去与之对应的水深值，得到的就是相应点的水底高程。

VRS RTK测量对测区范围没有要求，无需寻找摆站点，无需验潮即可进行水下地形测量，在风浪、水面落差较大的区域水位固定值无法代表测量船所在地的瞬时水位。另外，大范围的水面本身就不是一个平面，是一个曲面，采用TJCORS系统获取瞬时水面高程，提高了水下测量点位高程的精度。实践表明利用VRS RTK技术进行水下地形测量相对于传统常规方法节省大量人力、提高了效率、节约了成本，综合效益非常突出。

4 、VRS RTK在水利工程放线平面控制测量中的应用

传统的放线平面控制测量是在测区附近选择现有的等级控制点作为起算点，利用全站仪布设符合要求的等级导线，将控制点引到测区内。但随着城市的建设，原有的控制点遭到严重破坏，有的测区甚至没有可利用的控制点，布设高等级的控制网又比较耗时费力。

应用VRS RTK进行平面放线测量，不考虑对VRS RTK测量的干扰因素，只需在测区内按相应规范要求任意指定控制点位，就能快速精确的测出其平面坐标。即使在植被繁茂条件不具备的测区，也无需再去找现有的控制点，只要在测区附近具备条件的地方布设能满足需要的GPS点，再结合全站仪布设导线，其速度也会比传统的方法要快很多，作业效率会成倍提高。

在没有参照物的情况下，用传统的导线测量来布设控制点放线，不容易掌握控制点的位置，经常会出现控制点离待放样点太近，或同一建筑物的待放样点位有的偏远有的很近，导致定位精度不同程度的降低。而运用VRS RTK技术，提前将需放样的控制点坐标输入到手簿控制器中，实地直接放样出控制点的位置，再测量出高精度的实地控制点坐标，用作放线最终的平面控制点坐标。这样使测量误差分布较为均匀，从而提高放线测量的精度，保证成果的科学性和可靠性。

参考文献

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