趙亞蓓 荊地 時(shí)建新

（1.河南測繪職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450005；2.中鐵七局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 洛陽 471001）

虛擬參考站技術(shù)（即VRS系統(tǒng)）是一種基于多參考站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。該技術(shù)利用地面布設(shè)的多個(gè)參考站組成GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)（ CORS），綜合利用各參考站的觀測信息，通過建立精確的誤差模型，在移動(dòng)站附近產(chǎn)生一個(gè)物理上并不存在的虛擬參考站（VRS）。由于VRS位置通過流動(dòng)站接收機(jī)的單點(diǎn)定位解算來確定，故VRS與移動(dòng)站構(gòu)成的基線通常只有幾米到十幾米，移動(dòng)站與虛擬參考站進(jìn)行載波相位差分改正，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)RTK定位。

VRS系統(tǒng)的工作原理是GPS流動(dòng)站向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送它的概略位置，具體方式是用移動(dòng)電話鏈路（如GSM等）發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的位置信息，數(shù)據(jù)處理中心接收此位置信息并進(jìn)行差分計(jì)算后重新向流動(dòng)站發(fā)送改正過的RTK數(shù)據(jù)信息[1]。VRS系統(tǒng)的工作流程為：參考站把觀測數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)控制中心，控制中心實(shí)時(shí)建立誤差模型；流動(dòng)站把觀測數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)控制中心，控制中心在移動(dòng)站附近創(chuàng)建一個(gè)虛擬參考站（VRS）；流動(dòng)站接收控制中心發(fā)送的虛擬參考站差分改正信息或者虛擬觀測值，進(jìn)行差分解算得到用戶的精確位置，從而得到厘米級(jí)的定位。

VRS系統(tǒng)由三個(gè)以上的固定基準(zhǔn)站組成，站與站之間的距離可達(dá)70km，固定基準(zhǔn)站負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并傳送給GPS網(wǎng)絡(luò)控制中心[2]。由于這些固定基準(zhǔn)站有較長時(shí)間的觀測數(shù)據(jù)，并通過高精度基線解算軟件GAMIT進(jìn)行結(jié)算，故點(diǎn)位坐標(biāo)精度較高。

2 VRS系統(tǒng)在跨海大橋控制網(wǎng)加密中的應(yīng)用

2.1 VRS系統(tǒng)的組成

VRS系統(tǒng)由三個(gè)基準(zhǔn)站和GPS接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、供電設(shè)備、GPS數(shù)據(jù)處理中心、GPS用戶等組成，組成框架如圖1所示。VRS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流由原始數(shù)據(jù)、差分信號(hào)、控制命令信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)組成。數(shù)據(jù)中心通過通信網(wǎng)絡(luò)接收基準(zhǔn)站的GPS原始數(shù)據(jù)，由差分工作站作相應(yīng)處理后，發(fā)送到用戶，供精密定位解算。VRS系統(tǒng)為RTK差分定位，即接通后提供基準(zhǔn)站觀測值、星歷及坐標(biāo)，GSM模式下時(shí)延＜2s，后處理數(shù)據(jù)可通過Internet網(wǎng)下載傳送基準(zhǔn)站測量原始數(shù)據(jù)、廣播星歷或精密星歷、導(dǎo)航文件等。事后處理精密定位精度能達(dá)到水平方向≤3mm，豎直方向≤6mm，RTK實(shí)時(shí)定位精度，水平方向≤20mm，豎直方向≤30mm。

圖1 VRS系統(tǒng)組成框架圖

2.2 平面加密網(wǎng)的布設(shè)

海中施工加密網(wǎng)的布設(shè)原則是，在保證施工放樣精度的前提下，要方便工程施工，滿足高程貫通測量的要求，確保測量平臺(tái)的穩(wěn)定。施工加密控制網(wǎng)分陸地和海上兩部分。陸地部分采用GPS平面控制和水準(zhǔn)聯(lián)測同時(shí)進(jìn)行，海上部分采用測量平臺(tái)方案來進(jìn)行測量控制，以滿足各自施工放樣需要和全橋高程貫通的要求。在實(shí)施過程中，測量平臺(tái)要有足夠的穩(wěn)定性和良好的通視性，其搭設(shè)要滿足具體的技術(shù)要求。另外，為加強(qiáng)通航孔橋的控制，通航孔橋主墩附近可增設(shè)測量平臺(tái)，以確保大橋海中工程的順利施工。

跨海大橋加密控制網(wǎng)是施工測量的專用控制網(wǎng)，某跨海大橋按C級(jí)GPS網(wǎng)建立，共布設(shè)69個(gè)加密點(diǎn)，其中海上平面加密點(diǎn)有56個(gè)，陸地上加密點(diǎn)有13個(gè)。陸地上點(diǎn)位為普通標(biāo)石，埋設(shè)在穩(wěn)定且不宜被施工破壞的位置，海中測量加密點(diǎn)全部布設(shè)在專用測量平臺(tái)上，海中部分控制點(diǎn)為普通標(biāo)石，部分控制點(diǎn)為強(qiáng)制觀測墩，全部點(diǎn)位條件均能滿足GPS觀測及常規(guī)測量施工放樣的需要，每個(gè)點(diǎn)至少與相鄰兩點(diǎn)通視。某跨海大橋施工測量加密控制網(wǎng)布設(shè)如圖2所示。

圖2 某跨海大橋施工測量加密控制網(wǎng)布設(shè)圖

2.3 GPS外業(yè)觀測

為保證外業(yè)GPS觀測質(zhì)量，GPS觀測作業(yè)前，根據(jù)觀測作業(yè)量、網(wǎng)形設(shè)計(jì)、綜合交通條件、儀器設(shè)備、運(yùn)輸工具以及點(diǎn)位的地理位置，制定了詳細(xì)的觀測作業(yè)計(jì)劃。外業(yè)觀測應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)劃執(zhí)行，統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)際作業(yè)情況有變動(dòng)的，應(yīng)及時(shí)作出調(diào)整。

平面控制網(wǎng)采用GPS靜態(tài)相對(duì)定位方法完成，一級(jí)加密控制網(wǎng)有69個(gè)點(diǎn)，聯(lián)測已知點(diǎn)12個(gè)(3個(gè)參考站點(diǎn)和9個(gè)首級(jí)網(wǎng)點(diǎn))。GPS觀測共投入20臺(tái)GPS接收機(jī)，按照《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》（GB/T 18314—2001）中C級(jí)GPS網(wǎng)精度進(jìn)行布測，為保證加密網(wǎng)成果精度，GPS控制網(wǎng)采用邊連接和網(wǎng)連接方式布設(shè)，對(duì)于跨海長基線邊每時(shí)段觀測3小時(shí)，陸地區(qū)短基線邊每時(shí)段觀測長于70分鐘，重復(fù)設(shè)站率不小于2[3]。GPS天線安置要嚴(yán)格對(duì)中整平，天線高的量取應(yīng)精確，測前、測后量取兩次，取平均值，并詳細(xì)記錄。作業(yè)人員按規(guī)定的操作程序進(jìn)行作業(yè)，以確保接收機(jī)接收到的各種信息、數(shù)據(jù)有效和準(zhǔn)確。

2.4 基線解算

通過檢核，保留合理基線，對(duì)不合要求的基線需仔細(xì)分析、準(zhǔn)確判斷，根據(jù)需要進(jìn)行合理取舍。

2.5 GPS加密網(wǎng)平差

2.5.1 WGS-84坐標(biāo)系中的三維平差

后的約束平差計(jì)算即可。

取一個(gè)首級(jí)網(wǎng)GPS控制點(diǎn)或參考站點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行平差，來評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度與外業(yè)觀測質(zhì)量，利用基線向量改正數(shù)進(jìn)行粗差檢驗(yàn)，基線向量改正數(shù)（VΔX、VΔY、VΔZ）的絕對(duì)值應(yīng)滿足如下要求：

VΔX≤ 3σ； VΔY≤3σ；VΔZ≤ 3σ

若出現(xiàn)超限情況，一般可認(rèn)為該基線或其附近的基線存在粗差，應(yīng)對(duì)相關(guān)基線進(jìn)行仔細(xì)分析、剔除。必要時(shí)還須補(bǔ)測GPS基線，直至符合上式限差的要求。

2.5.2 測區(qū)80坐標(biāo)系中的平差

測區(qū)80坐標(biāo)系與1980西安坐標(biāo)系只在坐標(biāo)軸上存在平移關(guān)系，其他系統(tǒng)定義相同，將1980西安坐標(biāo)系下坐標(biāo)成果按數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而求出加密網(wǎng)各控制點(diǎn)的80坐標(biāo)系成果，因此，在1980西安坐標(biāo)系下，固定所有首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)和參考站已知點(diǎn)進(jìn)行二維約束平差，得出各控制點(diǎn)的80坐標(biāo)系坐標(biāo)。

2.5.3 大橋施工坐標(biāo)系中的平差

經(jīng)過測區(qū)80坐標(biāo)系平差后，在大橋施工坐標(biāo)下，固定聯(lián)測的全部首級(jí)GPS點(diǎn)和參考站點(diǎn)的大橋坐標(biāo)，在大橋施工坐標(biāo)系（投影面高程12米或50米，中央子午線120°15′）中進(jìn)行二維約束嚴(yán)密平差，得出各控制點(diǎn)的大橋施工坐標(biāo)系坐標(biāo)(投影面高程12米或50米)。

3 結(jié)束語

VRS系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行中，數(shù)據(jù)傳輸較穩(wěn)定，后處理定位精度高，在覆蓋區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)定位精度都能滿足海上工程質(zhì)量要求，在跨海大橋的工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用，特別是海上橋梁工程施工時(shí)，前期海中沒有測量控制點(diǎn)，VRS系統(tǒng)為保障順利施工創(chuàng)造了良好條件。因此，VRS系統(tǒng)可作為一種成熟技術(shù)全面應(yīng)用于大型跨海橋梁的施工測量控制中，對(duì)其他大型的基礎(chǔ)工程施工有一定借鑒作用。

[1]黃凱,呂華 新.虛擬參考站技術(shù)(VRS)在城市控制網(wǎng)應(yīng)用中精度分析[J].測繪與空間地理信息,2007,(6):144-147.

[2]楊小軍.虛擬參考站(VRS)技術(shù)與差分改正信息的研究[D].成都:西南交通大學(xué).2005:1-69.

[3]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范:GB/T 18314—2001[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001:2-5.

[4]周立.GPS測量技術(shù)[M].鄭州:黃河水利出版社,2006:181-186.