虛擬參考站技術（VRS）在礦山測量中的應用

李行　陳朵　李豪陽

摘要：隨著測繪儀器和測繪理論及技術的發展，數字化測量已經成為現階段主流測量方法。本文簡要介紹了GPS-RTK技術基本原理、構成，以及作為現有網絡RTK技術代表的虛擬參考站技術（VRS）的工作原理，闡述了虛擬參考站技術（VRS）在礦山測量中的應用，分析了VRS技術具體應用中的優勢和優點，并結合施工實踐，就施工中遇到的問題提出了相應的解決辦法和建議。

關鍵詞：VRS；GPS-RTK；礦山測量

引言

隨著測繪的數字化發展，“數字礦山”“三維礦山”在地質找礦過程中發揮的積極作用，逐步得到地質行業的普遍認可，近年來地質行業對礦山測繪的精度要求不斷提高，傳統的經緯儀配合平板測量的測繪方法和利用手持GPS定點測量方法，逐步被GPS-RTK測量方法所取代。該方法定位精度高，不受山地通視條件的限制，且施工流程簡單、不需要頻繁的搬站，提高了工作效率。近年來快速發展的網絡RTK方法，不需要架設基準站，測量效率有了進一步的提高。本文從介紹RTK技術的相關理論出發，到結合施工應用，最后就虛擬參展站技術（VRS）在礦山測量中的應用進行探討。

1.網絡RTK概述

1.1 RTK測量原理

RTK（Real Time Kinematic）測量技術是以載波相位觀測量為根據的，具有快速高精度定位功能的載波相位差分測量技術。實時網絡RTK服務，是利用基準站的載波相位觀測數據，與流動站的觀測數據進行實時差分處理，并解算整周模糊度。由于通過差分消去絕大部分的誤差，因而可以達厘米級定位精度。

1.1.1 RTK系統組成

常規RTK系統主要由一個參考站（基準站）、若干個流動站及數據通訊系統（電臺）組成。在該模式下，一個臨時建立的基準站對所有可見的GPS衛星進行連續觀測，并通過數據通訊系統將其觀測值和測站坐標信息直接傳送給流動站，流動站采集GPS觀測數據的同時，通過電臺接收來自基準站的信息，并組成差分觀測值進行實時處理，得到厘米級定位結果。

1.2網絡RTK與虛擬參考站技術

為實現大區域范圍內厘米級、精度均勻的實時動態定位，網絡RTK（CORS）技術得到飛速發展。網絡RTK技術又叫多基站RTK，由基準站網、數據處理中心、數據傳輸系統、定位導航數據播發系統、用戶應用系統五個部分組成，各基準站與監控分析中心間通過數據傳輸系統連接成一體而形成專用網絡

虛擬參考站技術（VRS）是現有網絡RTK技術的代表。采用VRS技術，基準站網子系統必須包含三個以上的CORS站數據中心通過組合所有基準站的數據，確定整個CORS覆蓋區域的電離層誤差、對流層誤差、軌道誤差模型等。流動站作業時，首先通過GPRS或CDMA無線通信網絡向數據中心發出服務請求，并將流動站的概略位置回傳給數據中心，數據中心利用與流動站最接近的三個參考站的觀測數據及誤差模型，生成一個對應于流動站概略位置的虛擬參考站，然后將這個虛擬參考站的改正數信息發送給流動站，流動站再結合自身的觀測數據解算出其所在位置的精確坐標。

2.VRS技術在礦山測量中的應用及流程

2.1 VRS技術在礦山測量中的應用

礦山測量主要包括點位和線段的測、放作業。常見的有取樣點位坐標測量，礦脈（層）露頭點位測量，鉆孔坐標放樣、鉆孔坐標測量，剖面測量和探槽的槽頭坐標測量等。由于很多礦產的礦層厚度較小，露頭較少，為最大精度的推斷礦層走向、傾向及傾角，弄清礦體產狀，準確測、放露頭礦層的空間位置坐標、頂底板位置和鉆孔坐標，顯得尤為重要。

2.2 VRS技術在礦山測量中的作業流程

2.2.1準備工作

在開展外業測量前，應先對礦區進行踏勘，了解礦區四至范圍，同時收集礦區周邊的控制資料，便于求解測區轉換參數。

目前國家推行CGCS2000國家大地坐標系，但筆者個人在實際的礦山測量工作中發現，很多礦山所采用的還是基于西安80坐標系的坐標，有的甚至只有基于北京54坐標的老資料。對于這種情況，多數采取坐標轉換，以CGCS2000坐標為準的處理辦法。

外業出發前應做好的準備工作有：將所在地區的中央子午線、所采用的橢球和坐標系統、解算好的七參數等數據輸入手簿，另外GPS接收機應登錄所在省份的CORS賬號，確保登錄服務器成功，手簿能得到固定解坐標。

最后應持有儀器前往已知坐標點位進行實地測量，驗證坐標點位一般不少于3個，且所選點位應分布在礦區周邊不同方位。實測坐標與點位坐標對照，誤差在精度范圍內，即可采用當前參數，若精度超限，應查找原因，直至較差不超限。

2.2.2外業測量

測繪人員在進入礦區前，應在手簿內新建工程，套用解算參數，并到已知點上進行實測，對照已知坐標，驗證精度，確定精度不超限后，再隨從地質人員進入礦區施工，進行點位坐標測量、坐標放樣等工作。

當天工作完成后，GPS接收機應在同一個已知點上進行復測，確定坐標誤差在限差范圍內，再關閉主機，收裝儀器。

2.2.3內業整理

數據處理一般保留點號、編碼、X、Y和高程值。

應及時備份測量數據，妥善保管好原始測量數據文件，涉密坐標等涉密資料須使用涉密計算機等設備進行處理，并由單位定密人指定的專人保管。

2.2.4成果提交

測量成果應按照甲方的要求進行匯交，涉密數據任何人不得以任何形式公開。

3.VRS技術與常規RTK在礦山測量中的結合應用

VRS技術的普及使用，給廣大一線測繪人員帶來了工作上的便利，隨行攜帶儀器設備顯著減少，進一步提高了工作效率。但由于CORS信號在地形切割嚴重的山區難以有效覆蓋，單純的VRS技術手段依舊滿足不了工作需求。例如在豫西山區某礦區，在許多溝谷區域，雙星GPS接收機無法接收到CORS信號。筆者結合自身工作經驗，以使用SOUTH（南方）S86雙頻GPS接收機為例，簡要介紹VRS技術和常規RTK技術結合使用的礦山測量方法。

3.1工作原理

基于礦山測量精度、儀器便攜性和工作效率三個方面的考慮，相比使用VRS技術進行礦山測量，使用該方法一般需要加帶一部同型號GPS接收機主機和一部三腳架。

工作原理：使用移動站GPS接收機利用CORS信號，在礦區山體梁部或者鞍部等開闊地區測出擬架設基站的點位坐標，隨后另一臺GPS接收機架設在該點位上作為基站，即選用已知點架設基站。移動站在山谷等無Cors信號的地區施工時，將數據鏈從“網絡”切換為“電臺”，同時設置移動站電臺通道與基站的電臺通道保持一致，即可得到固定解。

3.2兩者結合使用的優勢和不足

VRS和傳統RTK技術結合使用的最大特點就是做到“雙源”信號，且互不干涉。在Cors信號覆蓋的地區使用網絡信號作業，在無信號區域只需切換數據鏈，即可接收架設的基站信號，操作簡單，作業方便，并且能夠保證精度。

該方法相比使用外接模塊架設大天線的模式，有以下幾點明顯優勢：

（1）對地形要求較低。在橫隔山梁或數道山梁的地形條件下，以及受一些微地形的影響，使用高架天線依然難以保證基站信號覆蓋工作區內各個區域，而該方法可以就近架站做到信號覆蓋。

（2）攜帶方便。使用外接模塊架設高架天線，相比該方法需要多攜帶電瓶、數據鏈、長天線、5m測量桿和三腳架等儀器設備，耗費更多的人力搬運。

不過該方法仍有不足之處，使用GPS接收機作為基站發射信號，信號覆蓋范圍相對較小，在較大區域內作業仍需要變換基站位置。

4.結論

隨著數字航空攝影和低空無人機技術的飛速發展，礦山測量所能選用的技術方法越來越多，但就目前來看，使用GPS-RTK方法進行礦山測量仍然無法在短期內被取代。掌握使用VRS技術和傳統RTK技術方法進行礦山測量，依然是從業人員的必修課。在實踐中不斷總結、優化工作方法，任重而道遠。