虛擬參考站技術在工程測量中的應用

潘宇 谷彥妍

摘 要：虛擬參考站（VRS）技術是基于GPS實時動態定位RTK技術中的最為重要的一個種，與傳統測量技術相比，該項技術具有高精確度、操作簡單、效率高等優勢，近年來在現代工程測量中逐步應用起來。本文主要對虛擬參考站技術的構成與原理，以及在工程測量中的應用進行系統探討。

關鍵詞：虛擬參考站技術；工程測量；應用

虛擬參考站（VRS）技術伴隨GPS技術發展而來的，實際上是基于GPS網絡的PTK技術，它的誕生和應用標志著精確度更高的GPS技術進入一個新的發展階段。虛擬參考站技術的應用，使專業測量人員可直接在測量區任意一點就可即時開展GPS高精度、實時性、動態性的測量作業。且該種技術可達到厘米級精度，大幅提升了測量結果的準確性和可靠性，也增強了測量系統性能。

一、虛擬參考站技術系統的構成及基本原理

1.基本構成

虛擬參考站技術系統主要由這幾個部分構成：（1）控制中心，這是該系統核心，也就是數據處理中。一方面，其通過通訊線路（比如：光纜、電話線等）和既有的固定參考站形成通訊網絡；另一方面，其又可以通過無線網絡（GSM、GPRS、CDMA等）和移動通信用戶進行通訊。主要通過計算機系統對系統運行進行全面控制，但是該中心的GPS-NET不但是數據處理軟件，同樣還是管理軟件。（2）固定參考站，該部分主要布設在虛擬參考網絡中，必須在3個以上。當前，參考站之間可相距70km，各參考站間全天候不間斷實施監測，和控制中心間主要通過通訊網絡連接，實時地把所測的數據通過網絡傳輸到控制中心。（3）接收機，主要是用戶接收機，和無線通訊調制解調器結合，根據實際需要配置在各種載體上，比如：汽車、火車、飛機等。此外，也可由測量人員攜帶在身上開展作業。其經無線網絡把初始位置數據傳輸到中心，同時接收控制中心發出的差分信號，進而可獲得精確到厘米級的測量數據。

2.基本原理

在應用虛擬參考站技術時，各個固定參考站并不是向移動通信用戶直接發送信息的，而把所獲得的一切原始數據通過通訊設備傳輸到控制中心。移動通信用戶在應用前，先要通過GSM的信息功能往控制中心發送一個大概坐標，中心在獲取該位置信息之后，就可以根據用戶所在位置，通過計算機自動篩選出最佳的參考站組合，對GPS衛星的軌道誤差，以及電力層、對流層等客觀因素造成的誤差予以全面改正，然后把高精確度的差分信號發送到移動站。此差分信號效果就如在移動站附近，構成一虛擬參考站，進而確保用戶地理信息的精確度。流動測量站的測量人員更為方便的接收虛擬參考站所傳輸的信息。

虛擬參考站系統實際是基于GPS定位技術和數據通訊技術等高新技術發展而來的新型技術，是GPS的多基站技術，在數據處理方面充分利用多基站算法。

二、虛擬參考站技術在工程測量中的應用分析

虛擬參考站技術有著使用面廣、可靠性高及精度高等優點。某市應用此項技術對均勻分布在市內60個一級導線點開展系統測量。這些導線點距離最近一個參考站大約是5km，而最遠的那個為22km。對誤差相對較大的10個導線點進行統計分析（表1），從數據看出最大的點位誤差是±21mm，點位誤差在±10mm以下的有92%，在±20mm以下的有98%，可以知道，基于GPS網絡的PTK技術在定位上具有極高精確度，更為準確、可靠，明顯優于常規RTK技術。

表1控制點的精確度檢核統計（mm）

檢核點 坐標不符數值

ΔX ΔY

NI1 5 8

NI2 4 8

NI3 5 6

NI4 6 -2

NI5 11 6

NI6 1 10

NI7 -8 9

NI8 3 14

NI9 -3 13

NI10 21 12

在本市某工程中需作條二級導線，但是因該地區屬于山區，且離工程最近的一個控制點也在3km之外，如在測量中應用統RTK技術難以收集到信號，無法順利完成測量，因而在測量中考慮應用虛擬參考站技術完成此次工程測量。測量方法就是在每個點在完成初始化后，進行180s時間的采樣，再把測量結果傳輸到全站儀進行檢查，在檢查中發現最大邊長的誤差是±12mm，精確度基本和二等導線標準相符，滿足要求。通常此處測量操作，可以知道：

一是虛擬參考站差分信號具有較遠的傳播距離，明顯優于以往的測量技術，且在實際測量作業中測量人員不需要專門設置基準站，進而大幅增加了RTK技術的作業距離。

二是精確度得到明顯提升。在虛擬參考站網絡控制范圍之內，它的誤差是不隨距離延伸而增加的，精確度始終處于±1～2cm。

三是測量結果可靠性更強。在工程測量作業中，主要應用多參考站聯合數據完成測量，大幅提升測量數據和結果的可靠性。

四是適用范圍較廣。基于GPS網絡的RTK技術形成的虛擬參考站系統，完全可以應用到國土規劃、城市規劃、市政管理、環境監測、地籍測繪、控制測量及各類工程建筑物放樣等測繪工作種，且應用效率較高。

三、結語

虛擬參考站技術是全球定位系統GPS網絡實時動態定位RTK技術的一種新技術，其不但具備GPS技術定位準確、傳輸迅速等優勢，同時該項技術還可獲得實時測量數據和結果，大大提升了現代工程測量精準度，且提高了測量作業的效率，在一定程度上降低了測量成本。虛擬參考站技術的具有較為廣泛的應用范圍，也有很廣的應用前景，能夠為經濟、科技、軍事、社會等領域的發展發揮出重要作用。

參考文獻：

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