张想平
兰州市城市建设设计院（兰州 730030）
1.引言
近年来，随着GPS技术的不断发展以及解算软件功能的不断改进，GPS RTK技术的应用领域越来越宽广，尤其是在工程测量方面，由于该技术能大大地提高了工作效率，节省成本和劳动力等优点而在一、二级导线点以及图根点坐标的测定、各种工程点放线工作等方面得到了迅速地推广和应用。 RTK所使用的设备主要有两部分，第一部分是基准站，主要由GPS接收机、基准站发射电台、电台发射天线所组成；第二部分是流动站，主要由GPS接收机、流动站接收电台、观测手簿所组成，其工作原理就是：基准站实时的将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站接收后将载波相位观测值实时进行差分处理得到两站的相对坐标，加上基准站坐标就得出流动站的WGS-84坐标，最后通过转换参数求出当地坐标系下的三维坐标。由于GPS观测时存在着各种系统误差的影响，为了削弱消除这些误差的影响，在RTK定位技术中通常都采用双差观测值，双差观测值的符号相反，在一定程度上能够横好的消除或消弱以上观测误差。在实际应用中，由于城市现代通信业的高度发达、城市建筑的高大化和装潢材料的强反射性、市区道路车流量大且行动缓慢等因素，使得RTK作业受到一定的影响，主要表现在：
①数据链不稳健，无法进行动态初始化或整周模糊度计算；
②长时间无法获得固定双差解；
③视空高度角大，无法接收到足够的卫星
④移动站距离基准站太远，无法获取公共卫星等。
近年来，随着RTK技术德不断发展，人们根据常规RTK技术发展起来的。多基准站RTK(虚拟基准站法)与常规RTK技术相比，在生产实践中能够发挥出更大的优势。
2.多基准站RTK(虚拟基准站法)
虚拟基准站是多基准站RTK(又称网络RTK)中一种较好的方法。针对上述的常规RTK定位测量中的误差与可靠性的问题，在常规RTK和差分GPS的基础上研究，开发而建立起来的一种新技术。目前应用于网络RTK数据处理方法有:虚拟RTK基准站法(Virtual Reference Station―VRS)，偏导数法，线性内插法和条件平差法，其中虚拟RTK基准站(VRS)技术最有前途的方法。
2.1多基准站RTK系统工作原理
如果在某一大区域内，均匀布设若干个(三个以上)连续运行的GPS基准站，构成一个基准站网，我们就可以借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法，经过有效的组合，移动站将其概略坐标播发给控制中心；然后控制中心搜集周围基准站的数据进行网平差，算出移动站的虚拟观测值；又将这些观测值播发给移动站，从而实时算出移动站精密坐标。这就是多基准站RTK系统工作原理。
2.2多基准站RTK系统组成及数据流程
整个系统由基准站网，数据处理中心和数据通讯线路组成。基准站上应配置双频全波长GPS接收机，该接收机能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站按规定的采样率进行连续观测，并通过数据链实时将观测资料传送给数据处理中心，其通信方式可采用数字数据网DON或其他方式。而流动站可以采用数字移动电话网络，如GSM，CDMA，COPD或GPKS等方式向控制中心传送标准的NMEA位置信息，告知它的概位。控制中心接收到其信息后重新计算所有GPS观测数据，并内插到与流动站相匹配的位置。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标来判断该站位于哪三个基准站所组成的区域内，然后根据这三个基准站的观测资料求出该流动站处所受到的系统误差，再向流动站发送改正过的KTCM信息，流动站根据接收到的KTCM信息，结合自身GPS观测值，组成双差相位观测值，快速确定整周模糊度参数和位置信息，完成实时定位。流动站可以位VRS网络中任何一点，这样流动站的RTK接收机的定位系统误差就能减少或削弱，提高了定位的准确度，可靠度。这是一种为一个虚拟的，没有实际架设基准站建立原始基准数据的技术，故称之"虚拟基准站"(VRS)。
由此可知，虚拟基准站法是设法在移动站相距数米或数十米处建立虚拟的"基准站"。并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟"基准站"上的虚拟观测值，由于虚拟站离移动站相当近，故流动站只需采用常规RTK技术就能利用虚拟基准站进行实时相对定位，获得较准确的定位结果。据国外资料报道。当站间距离为70Km时，用VRS法进行实时动态定位，可以使RTK接收机的准确度(Accuracy of a meauring RTK Receiver)可达2—3cm量级。
2.3多基准站RTK的技术优势
与常规RTK相比，多基准站RTK的优势有以下几点:①数据链不稳健，无法进行动态初始化或整周模糊度计算；
②长时间无法获得固定双差解；
③视空高度角大，无法接收到足够的卫星
④移动站距离基准站太远，无法获取公共卫星等。
近年来，随着RTK技术德不断发展，人们根据常规RTK技术发展起来的。多基准站RTK(虚拟基准站法)与常规RTK技术相比，在生产实践中能够发挥出更大的优势。
2.多基准站RTK(虚拟基准站法)
虚拟基准站是多基准站RTK(又称网络RTK)中一种较好的方法。针对上述的常规RTK定位测量中的误差与可靠性的问题，在常规RTK和差分GPS的基础上研究，开发而建立起来的一种新技术。目前应用于网络RTK数据处理方法有:虚拟RTK基准站法(Virtual Reference Station―VRS)，偏导数法，线性内插法和条件平差法，其中虚拟RTK基准站(VRS)技术最有前途的方法。
2.1多基准站RTK系统工作原理
如果在某一大区域内，均匀布设若干个(三个以上)连续运行的GPS基准站，构成一个基准站网，我们就可以借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法，经过有效的组合，移动站将其概略坐标播发给控制中心；然后控制中心搜集周围基准站的数据进行网平差，算出移动站的虚拟观测值；又将这些观测值播发给移动站，从而实时算出移动站精密坐标。这就是多基准站RTK系统工作原理。
2.2多基准站RTK系统组成及数据流程
整个系统由基准站网，数据处理中心和数据通讯线路组成。基准站上应配置双频全波长GPS接收机，该接收机能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站按规定的采样率进行连续观测，并通过数据链实时将观测资料传送给数据处理中心，其通信方式可采用数字数据网DON或其他方式。而流动站可以采用数字移动电话网络，如GSM，CDMA，COPD或GPKS等方式向控制中心传送标准的NMEA位置信息，告知它的概位。控制中心接收到其信息后重新计算所有GPS观测数据，并内插到与流动站相匹配的位置。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标来判断该站位于哪三个基准站所组成的区域内，然后根据这三个基准站的观测资料求出该流动站处所受到的系统误差，再向流动站发送改正过的KTCM信息，流动站根据接收到的KTCM信息，结合自身GPS观测值，组成双差相位观测值，快速确定整周模糊度参数和位置信息，完成实时定位。流动站可以位VRS网络中任何一点，这样流动站的RTK接收机的定位系统误差就能减少或削弱，提高了定位的准确度，可靠度。这是一种为一个虚拟的，没有实际架设基准站建立原始基准数据的技术，故称之"虚拟基准站"(VRS)。
由此可知，虚拟基准站法是设法在移动站相距数米或数十米处建立虚拟的"基准站"。并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟"基准站"上的虚拟观测值，由于虚拟站离移动站相当近，故流动站只需采用常规RTK技术就能利用虚拟基准站进行实时相对定位，获得较准确的定位结果。据国外资料报道。当站间距离为70Km时，用VRS法进行实时动态定位，可以使RTK接收机的准确度(Accuracy of a meauring RTK Receiver)可达2—3cm量级。
2.3多基准站RTK的技术优势
1)扩大了移动站与基准站的作业距离(可达到70Km)，且完全保证定位精度；
2)常规RTK的测量准确度1cm+lppm·D中的lppm·D的概念取消了，在控制的测区范围内始终可以达到1—2cm左右。
3)对于长基线GPS网络，用户无需架设自己的基准站，费用大幅度降低；
4)改进了OTF初始化时间，提高了作业效率；
5)提高了定位的可靠性，确保了定位质量；
6)可以进行实时定位，又可以进行事后差分处理；
7)应用范围更广泛，可以满足各种控制测量，水运工程测量，疏浚定位，施工放样定位，变形观测，工程监控，船舶导航，生态环保以及城市测量与城市规划等。
3.应用实例：
秦王川地区为兰州市政府近年决定进行开发的新区，新区离兰州市区约70公里，基础测绘资料几乎为零，如果采用常规的RTK技术或采用布设GPS静态控制网，几乎是不可能实现的，因此必须采取最先进的测绘手段，建立兰州新区的基本控制框架。为此，我们决定同兰州市测绘勘察院合作，运用连续观测基站（CORS）的方式建立兰州新区中川镇96坐标系，并进行了成果精化。通过该方式，布设基本覆盖整个中川镇区的二等GPS控制点六个，这六个点的GPS高程达到四等水准以上的要求，以满足兰州新区基础测绘的需要。
4.结束语
多基准站RTK技术的发展与应用代表了GPS发展未来的方向，由于多基准站RTK技术的先进性，它一经问世便受到世界各国广泛关注。德国、瑞士、日本等一些国家已建成或正在建设，我国也已开始着手VRS技术的应用。作为一名工程技术人员，要充分认识到采用VRS技术的必要性和紧迫性。如果能将兰州市区和整个兰州连在一起，建立起兰州统一的VRS基站，兰州的测绘产品成果将会对兰州的城市建设产生极大的社会效益和经济效益。
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