李行　陳朵　李豪陽

摘要：隨著測繪儀器和測繪理論及技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化測量已經(jīng)成為現(xiàn)階段主流測量方法。本文簡要介紹了GPS-RTK技術(shù)基本原理、構(gòu)成，以及作為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)代表的虛擬參考站技術(shù)（VRS）的工作原理，闡述了虛擬參考站技術(shù)（VRS）在礦山測量中的應(yīng)用，分析了VRS技術(shù)具體應(yīng)用中的優(yōu)勢和優(yōu)點，并結(jié)合施工實踐，就施工中遇到的問題提出了相應(yīng)的解決辦法和建議。

關(guān)鍵詞：VRS；GPS-RTK；礦山測量

引言

隨著測繪的數(shù)字化發(fā)展，“數(shù)字礦山”“三維礦山”在地質(zhì)找礦過程中發(fā)揮的積極作用，逐步得到地質(zhì)行業(yè)的普遍認可，近年來地質(zhì)行業(yè)對礦山測繪的精度要求不斷提高，傳統(tǒng)的經(jīng)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(fā)展的網(wǎng)絡(luò)RTK方法，不需要架設(shè)基準站，測量效率有了進一步的提高。本文從介紹RTK技術(shù)的相關(guān)理論出發(fā)，到結(jié)合施工應(yīng)用，最后就虛擬參展站技術(shù)（VRS）在礦山測量中的應(yīng)用進行探討。

1.網(wǎng)絡(luò)RTK概述

1.1 RTK測量原理

RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的，具有快速高精度定位功能的載波相位差分測量技術(shù)。實時網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)，是利用基準站的載波相位觀測數(shù)據(jù)，與流動站的觀測數(shù)據(jù)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(tǒng)組成

常規(guī)RTK系統(tǒng)主要由一個參考站（基準站）、若干個流動站及數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（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(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(jié)果。

1.2網(wǎng)絡(luò)RTK與虛擬參考站技術(shù)

為實現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)厘米級、精度均勻的實時動態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò)RTK（CORS）技術(shù)得到飛速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)又叫多基站RTK，由基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個部分組成，各基準站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體而形成專用網(wǎng)絡(luò)

虛擬參考站技術(shù)（VRS）是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的代表。采用VRS技術(shù)，基準站網(wǎng)子系統(tǒng)必須包含三個以上的CORS站數(shù)據(jù)中心通過組合所有基準站的數(shù)據(jù)，確定整個CORS覆蓋區(qū)域的電離層誤差、對流層誤差、軌道誤差模型等。流動站作業(yè)時，首先通過GPRS或CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)向數(shù)據(jù)中心發(fā)出服務(wù)請求，并將流動站的概略位置回傳給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心利用與流動站最接近的三個參考站的觀測數(shù)據(jù)及誤差模型，生成一個對應(yīng)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(shù)信息發(fā)送給流動站，流動站再結(jié)合自身的觀測數(shù)據(jù)解算出其所在位置的精確坐標。

2.VRS技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用及流程

2.1 VRS技術(shù)在礦山測量中的應(yīng)用

礦山測量主要包括點位和線段的測、放作業(yè)。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(chǎn)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(chǎn)狀，準確測、放露頭礦層的空間位置坐標、頂?shù)装逦恢煤豌@孔坐標，顯得尤為重要。

2.2 VRS技術(shù)在礦山測量中的作業(yè)流程

2.2.1準備工作

在開展外業(yè)測量前，應(yīng)先對礦區(qū)進行踏勘，了解礦區(qū)四至范圍，同時收集礦區(qū)周邊的控制資料，便于求解測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

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(fā)現(xiàn)，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(shù)采取坐標轉(zhuǎn)換，以CGCS2000坐標為準的處理辦法。

外業(yè)出發(fā)前應(yīng)做好的準備工作有：將所在地區(qū)的中央子午線、所采用的橢球和坐標系統(tǒng)、解算好的七參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入手簿，另外GPS接收機應(yīng)登錄所在省份的CORS賬號，確保登錄服務(wù)器成功，手簿能得到固定解坐標。

最后應(yīng)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(yīng)分布在礦區(qū)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(nèi)，即可采用當前參數(shù)，若精度超限，應(yīng)查找原因，直至較差不超限。

2.2.2外業(yè)測量

測繪人員在進入礦區(qū)前，應(yīng)在手簿內(nèi)新建工程，套用解算參數(shù)，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(zhì)人員進入礦區(qū)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(yīng)在同一個已知點上進行復(fù)測，確定坐標誤差在限差范圍內(nèi)，再關(guān)閉主機，收裝儀器。

2.2.3內(nèi)業(yè)整理

數(shù)據(jù)處理一般保留點號、編碼、X、Y和高程值。

應(yīng)及時備份測量數(shù)據(jù)，妥善保管好原始測量數(shù)據(jù)文件，涉密坐標等涉密資料須使用涉密計算機等設(shè)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(yīng)按照甲方的要求進行匯交，涉密數(shù)據(jù)任何人不得以任何形式公開。

3.VRS技術(shù)與常規(guī)RTK在礦山測量中的結(jié)合應(yīng)用

VRS技術(shù)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(shè)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(qū)難以有效覆蓋，單純的VRS技術(shù)手段依舊滿足不了工作需求。例如在豫西山區(qū)某礦區(qū)，在許多溝谷區(qū)域，雙星GPS接收機無法接收到CORS信號。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，以使用SOUTH（南方）S86雙頻GPS接收機為例，簡要介紹VRS技術(shù)和常規(guī)RTK技術(shù)結(jié)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(shù)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(qū)山體梁部或者鞍部等開闊地區(qū)測出擬架設(shè)基站的點位坐標，隨后另一臺GPS接收機架設(shè)在該點位上作為基站，即選用已知點架設(shè)基站。移動站在山谷等無Cors信號的地區(qū)施工時，將數(shù)據(jù)鏈從“網(wǎng)絡(luò)”切換為“電臺”，同時設(shè)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(jié)合使用的優(yōu)勢和不足

VRS和傳統(tǒng)RTK技術(shù)結(jié)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(qū)使用網(wǎng)絡(luò)信號作業(yè)，在無信號區(qū)域只需切換數(shù)據(jù)鏈，即可接收架設(shè)的基站信號，操作簡單，作業(yè)方便，并且能夠保證精度。

該方法相比使用外接模塊架設(shè)大天線的模式，有以下幾點明顯優(yōu)勢：

（1）對地形要求較低。在橫隔山梁或數(shù)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(qū)內(nèi)各個區(qū)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(shè)高架天線，相比該方法需要多攜帶電瓶、數(shù)據(jù)鏈、長天線、5m測量桿和三腳架等儀器設(shè)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(fā)射信號，信號覆蓋范圍相對較小，在較大區(qū)域內(nèi)作業(yè)仍需要變換基站位置。

4.結(jié)論

隨著數(shù)字航空攝影和低空無人機技術(shù)的飛速發(fā)展，礦山測量所能選用的技術(shù)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(nèi)被取代。掌握使用VRS技術(shù)和傳統(tǒng)RTK技術(shù)方法進行礦山測量，依然是從業(yè)人員的必修課。在實踐中不斷總結(jié)、優(yōu)化工作方法，任重而道遠。