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摘要：通过对VRS系统的组成及原理的研究，结合生产的实际，阐述了如何在城市地段、信号弱区域进行GPS测量。
关键词:RTK;VRS;管线测量;虚拟参考站
Abstract: This paper explains how the GPS measurements in city lots and the signal weak areas through the principle of the VRS system.Key words: RTK; the VRS; pipeline measurement; virtual reference station
中图分类号：TU990.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一：VRS系统解算原理
(1)VRS 技术是在全球GPS技术上发展起来的，是基于多参考站环境下的GPS实时动态定位技术,它整个集Internet技术、通讯技术、计算机网络技术、数据库技术和GPS定位于一体。
(2)在一定区域通过均匀布设若干个久性连续运行参考站(CROS)，
其信号达到对该地区完全覆盖,数据控制中心不断地接收各参考站观测数据,并实时接收流动站的概略坐标,这就相当于在流动站附近生成一个参考站,当然这个参考站是不存在的，即虚拟的（Virtual
Reference Station）。利用参考站精确已知的坐标和参考站实时观测数据来对VRS位置的对流层延迟和电离层延迟建模,计算VRS 虚拟观测值
然后向众多用户发送改正数,从而实现高精度的实时定位。
2，系统组成
(1)一般而言其由3个部分组成(1)控制中心(2)固定参考站(3)用户部分
控制中心通过通讯线(光缆, ISDN,电话线) 与所有的固定参考站通讯，另外也与移动各个用户联系，它肩负着通讯和数据处理的功能，整个系统的核心。
固定参考站分布在整个网络中, 是位置固定的GPS接收装置,固定参考站视其范围可由若干个组成，但是其数目需大于3个, 固定参考将数据实时地传送到控制中心，站与站之间的间距可达70 km。
用户部分即接收机和调制解调器，接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心,并接收中心的差分信号,生成厘米级的位置信息。
(2)在VRS网络中，通过几次工程测试，先后采集97个点位的坐标，通过利用控制点进行网内点测量，这些测试点的平面误差为13mm，高程误差为23mm.且网内检验点的整体误差稳定，没有明显的个性误差。这说明VRS系统进行测量具有常规RTK所无法比拟的优越性。
(3)其主要优势在于：①增大了流动站与参考站的作业距离；②改进了初始化时间，扩大有效工作范围；③无需架设基站、实现了单机作业，极大地提高了作业精度和工作效率，降低了成本和费用；④完整的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强RTK作业的可靠性，使用固定的通讯方式，减少了噪声干扰；⑤扩大了应用范围，国土资源、城市规划、市政建设、交通管理、气象、环保、农业以及所有在室外进行的测绘工作。
3，在城市配气管道建设中，管线测量时高楼林立、遮挡严重，给常规的观测带来严重的制约，全站仪由于视线受到阻挡，需不停地支点，以便完成困难地段的测量，但是由于不断的发展下一级的图根点，其测量的精度已不能保证测量的进度要求。而常规GPS配备电台测量时，其信号传播易受到建筑物的影响，传播距离比理论值降低不少。如常规电台在空旷处传播6公里，而在城市建筑物区只能达到4公里左右，如果控制点超过4公里，那么需从控制点向测区进行传递，既影响效率，又降低了精度。另外，在网络RTK测量中,移动用户与基准站之间的通讯主要采用电台方式或是GSM方式,电台方式可靠性不好,且传输距离非常有限,严重制约测量的距离;并且GSM方式只能一对一进行通讯,信道有限,信号质量也不是很好,且通讯双方均要收取通讯费用,成本较高。在VRS系统下,通讯方式有了巨大变化,采用CDMA /GPRS上网方式,通讯费用大幅度下降,可靠性大大增加,不再有距离和信道数的限制。在许多大城市,推荐使用CDMA方式进行通讯, 通讯效果非常好。
4：VRS精度测试
(1)内符合精度
在咸阳城市天然气管网测量中，利用网络信号，在6小时之内共采集了49个点位数据，测试方法:在该网络中,在一段时间内,移动站采集100个初始化位置。测试结果: 100个位置的平面标准差为115 mm。其中90%的点位误差小于9 mm,99%的点位误差小于20 mm。
(2)外符合精度
测试方法:在韩-渭-西管道测量中,我们采用仪器为Trimble R8仪器,通讯模式采用中国联通CDMA进行传输。移动站采集12个GPS静态控制点,此12个控制点的高程均按四等水准进行了实测。经过测试: 12个点的平面中误差为11mm,高程中误差为21 mm。
(3)实验结论: GPS VRS基线初始化平均时间在1 min之类,内符合精度和外符合精度较高,具有常规RTK测量所无法比拟的优越性。其中的多基站算法是GPS技术的突破,从根本上提高了作业的效率和测量的质量。
5.结束语
高精度实时动态GPS RTK测量已经在测量的手段和精度上,带来了空前的变革。采用GPSRTK系统来进行高精度的测量作业,首先在布设整体控制网的基础上，测站必须假设在经过精密平差的控制点上,通过在该控制点上架设参考站，采用流动站进行动态的采集数据。
(1)随着虚拟参考站VRS系统的发展和成熟，现在许多大的城市都在建立自己的参考站，测区内每个用户通过授权都可以直接使用,能得到厘米级的精度,高程精度则相对更加理想。这种全新的RTK定位方法从根本上提高了作业效率和测量的质量。它不再需要建立参考站,也省去了控制测量的步骤,另外硬件的配套设施也是大大减少，用户只需一台流动站就能独立进行工作。在VRS网内,由于全网整体做了精密的平差计算，整个网内平面及高程精度是非常高的 ,因此不存在由于缺少的控制而所产生的误差传播。
(2)VRS技术的出现,标志着GPS的测量进入了一个全新的阶段。彻底颠覆了人们对传统的GPS RTK测量模式的理解，在网内各个控制点的内符合及外符合精度都是经过检验的，这一点无须进行网内测量时考虑，而且从整体看，测绘的单个成本和传统控制测量加设站模式测量相比明显缩减，经济效益明显。但是，由于一套VRS建立成本高、周期长、前期工作繁琐，因此，大面积推广、普及还需一段时间。
参考文献：
[1] 梅熙 GPS VRS技术及在铁路勘测中的应用[M]1-5，铁道勘察，2009年第6期
[2] 张琼, 王建文。VRS技术原理及网络RTK在城市规划测量中的应[M]63-65，测绘与空间地理信息，2008年8月，第31卷第4期
[3] 吴俐民,吴学群,丁仁军. GPS参考站系统理论与实践[M ]. 成都:西南交通大学出版社, 2006.
[4] 王志豪. 虚拟参考站技術在工程测量中的应用[J]. 测绘通报，2004，11.
[5] 黄凯,李华新. 虚拟参考站技术(VRS) 在城市控制网应用中的精度分析[J] . 测绘与空间地理信息,2007 ,30 (6) :144 - 147.
关键词:RTK;VRS;管线测量;虚拟参考站
Abstract: This paper explains how the GPS measurements in city lots and the signal weak areas through the principle of the VRS system.Key words: RTK; the VRS; pipeline measurement; virtual reference station
中图分类号：TU990.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一：VRS系统解算原理
(1)VRS 技术是在全球GPS技术上发展起来的，是基于多参考站环境下的GPS实时动态定位技术,它整个集Internet技术、通讯技术、计算机网络技术、数据库技术和GPS定位于一体。
(2)在一定区域通过均匀布设若干个久性连续运行参考站(CROS)，
其信号达到对该地区完全覆盖,数据控制中心不断地接收各参考站观测数据,并实时接收流动站的概略坐标,这就相当于在流动站附近生成一个参考站,当然这个参考站是不存在的，即虚拟的（Virtual
Reference Station）。利用参考站精确已知的坐标和参考站实时观测数据来对VRS位置的对流层延迟和电离层延迟建模,计算VRS 虚拟观测值
然后向众多用户发送改正数,从而实现高精度的实时定位。
2，系统组成
(1)一般而言其由3个部分组成(1)控制中心(2)固定参考站(3)用户部分
控制中心通过通讯线(光缆, ISDN,电话线) 与所有的固定参考站通讯，另外也与移动各个用户联系，它肩负着通讯和数据处理的功能，整个系统的核心。
固定参考站分布在整个网络中, 是位置固定的GPS接收装置,固定参考站视其范围可由若干个组成，但是其数目需大于3个, 固定参考将数据实时地传送到控制中心，站与站之间的间距可达70 km。
用户部分即接收机和调制解调器，接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心,并接收中心的差分信号,生成厘米级的位置信息。
(2)在VRS网络中，通过几次工程测试，先后采集97个点位的坐标，通过利用控制点进行网内点测量，这些测试点的平面误差为13mm，高程误差为23mm.且网内检验点的整体误差稳定，没有明显的个性误差。这说明VRS系统进行测量具有常规RTK所无法比拟的优越性。
(3)其主要优势在于：①增大了流动站与参考站的作业距离；②改进了初始化时间，扩大有效工作范围；③无需架设基站、实现了单机作业，极大地提高了作业精度和工作效率，降低了成本和费用；④完整的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强RTK作业的可靠性，使用固定的通讯方式，减少了噪声干扰；⑤扩大了应用范围，国土资源、城市规划、市政建设、交通管理、气象、环保、农业以及所有在室外进行的测绘工作。
3，在城市配气管道建设中，管线测量时高楼林立、遮挡严重，给常规的观测带来严重的制约，全站仪由于视线受到阻挡，需不停地支点，以便完成困难地段的测量，但是由于不断的发展下一级的图根点，其测量的精度已不能保证测量的进度要求。而常规GPS配备电台测量时，其信号传播易受到建筑物的影响，传播距离比理论值降低不少。如常规电台在空旷处传播6公里，而在城市建筑物区只能达到4公里左右，如果控制点超过4公里，那么需从控制点向测区进行传递，既影响效率，又降低了精度。另外，在网络RTK测量中,移动用户与基准站之间的通讯主要采用电台方式或是GSM方式,电台方式可靠性不好,且传输距离非常有限,严重制约测量的距离;并且GSM方式只能一对一进行通讯,信道有限,信号质量也不是很好,且通讯双方均要收取通讯费用,成本较高。在VRS系统下,通讯方式有了巨大变化,采用CDMA /GPRS上网方式,通讯费用大幅度下降,可靠性大大增加,不再有距离和信道数的限制。在许多大城市,推荐使用CDMA方式进行通讯, 通讯效果非常好。
4：VRS精度测试
(1)内符合精度
在咸阳城市天然气管网测量中，利用网络信号，在6小时之内共采集了49个点位数据，测试方法:在该网络中,在一段时间内,移动站采集100个初始化位置。测试结果: 100个位置的平面标准差为115 mm。其中90%的点位误差小于9 mm,99%的点位误差小于20 mm。
(2)外符合精度
测试方法:在韩-渭-西管道测量中,我们采用仪器为Trimble R8仪器,通讯模式采用中国联通CDMA进行传输。移动站采集12个GPS静态控制点,此12个控制点的高程均按四等水准进行了实测。经过测试: 12个点的平面中误差为11mm,高程中误差为21 mm。
(3)实验结论: GPS VRS基线初始化平均时间在1 min之类,内符合精度和外符合精度较高,具有常规RTK测量所无法比拟的优越性。其中的多基站算法是GPS技术的突破,从根本上提高了作业的效率和测量的质量。
5.结束语
高精度实时动态GPS RTK测量已经在测量的手段和精度上,带来了空前的变革。采用GPSRTK系统来进行高精度的测量作业,首先在布设整体控制网的基础上，测站必须假设在经过精密平差的控制点上,通过在该控制点上架设参考站，采用流动站进行动态的采集数据。
(1)随着虚拟参考站VRS系统的发展和成熟，现在许多大的城市都在建立自己的参考站，测区内每个用户通过授权都可以直接使用,能得到厘米级的精度,高程精度则相对更加理想。这种全新的RTK定位方法从根本上提高了作业效率和测量的质量。它不再需要建立参考站,也省去了控制测量的步骤,另外硬件的配套设施也是大大减少，用户只需一台流动站就能独立进行工作。在VRS网内,由于全网整体做了精密的平差计算，整个网内平面及高程精度是非常高的 ,因此不存在由于缺少的控制而所产生的误差传播。
(2)VRS技术的出现,标志着GPS的测量进入了一个全新的阶段。彻底颠覆了人们对传统的GPS RTK测量模式的理解，在网内各个控制点的内符合及外符合精度都是经过检验的，这一点无须进行网内测量时考虑，而且从整体看，测绘的单个成本和传统控制测量加设站模式测量相比明显缩减，经济效益明显。但是，由于一套VRS建立成本高、周期长、前期工作繁琐，因此，大面积推广、普及还需一段时间。
参考文献：
[1] 梅熙 GPS VRS技术及在铁路勘测中的应用[M]1-5，铁道勘察，2009年第6期
[2] 张琼, 王建文。VRS技术原理及网络RTK在城市规划测量中的应[M]63-65，测绘与空间地理信息，2008年8月，第31卷第4期
[3] 吴俐民,吴学群,丁仁军. GPS参考站系统理论与实践[M ]. 成都:西南交通大学出版社, 2006.
[4] 王志豪. 虚拟参考站技術在工程测量中的应用[J]. 测绘通报，2004，11.
[5] 黄凯,李华新. 虚拟参考站技术(VRS) 在城市控制网应用中的精度分析[J] . 测绘与空间地理信息,2007 ,30 (6) :144 - 147.