VRS网络RTK系统组成—GNSS测量技术

网络RTK由基准站网、数据通信链路数据处理(监控)中心、用户数据中心、用户部分四部分组成。数据通信链路数据处理(监控)中心包括基准站与数据处理中心数据通信和数据处理中心与用户部分的数据通信。网络RTK系统组成定义与功能见表5.7。

表5.7 网络RTK系统组成定义与功能

虚拟参考站法VRS的实施将使一个地区的测绘工作成为一个有机的整体，改变了以往GNSS作业单打独斗的局面，同时它使GNSS技术的应用更为广泛，精度和可靠性得到进一步的提高，使许多从前难以完成的任务成为可能，最重要的是建立GNSS网络的成本反而降低了很多。由于VRS技术的种种先进性，一经问世就受到世界各国的广泛关注，并得到积极的实施，德国、瑞士等一些国家的VRS网络已经建成或正在建成。我国的深圳市第一个建成了VRS技术卫星定位服务系统，为深圳市的经济发展、城市信息化和数字化发挥了重要作用。

(1)VRS的系统构成及工作原理

VRS系统集GNSS、Internet、无线通信和计算机网络管理技术于一身。整个系统是由若干个(三个以上)连续运行的GNSS基准站和一个GNSS网络控制中心构成。

1)VRS的系统构成

VRS的系统构成由GNSS固定基准站系统、数据传输系统、GNSS网络控制中心系统、数据发播系统和用户系统五部分组成。

2)VRS的工作原理

一个VRS网络由三个以上的固定参考站组成，站与站之间的距离可达70km，固定参考站负责实时采集GNSS卫星观测数据并传送给GNSS网络控制中心，由于这些固定参考站有长时间的观测数据，故点位坐标精度很高。(传统高精度GNSS网络，站间距离不超过10～20km)。固定参考站与控制中心之间可通过光缆、ISDN或普通电话线相连，将数据实时的传送到控制中心，如图5.25所示。

控制中心是整个系统的核心。它既是通信控制中心，也是数据处理中心。它通过通信线(光缆，ISDN，电话线)与所有的固定参考站通信，接收固定参考站发来的所有数据，也接收从流动站发来的概略坐标，然后根据用户位置，自动选择最佳的一组固定站数据，整体改正GNSS轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将经过改正后的高精度的RTCM差分信号通过无线网络(GSM，CDMA，GPRS等)发送给用户，与移动用户通信。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度，如图5.26所示。

图5.25 VRS网络数据流程

图5.26 VRS参考站网络的硬件构成

用户部分就是用户的GNSS接收机，加上无线通信的调制解调器。根据自己的不同需求，放置在不同的载体上。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。

所以控制中心的软件GNSS-NET既是数据处理软件，也是系统管理软件。由计算机实时系统控制整个系统的正常运行，执行下列任务:

①导入并检查原始数据的质量;

②存储并压缩RINEX数据;

③改正天线的相位中心;

④区域系统误差模型化及估算;(www.xing528.com)

⑤为流动站接收机创建虚拟参考站位置;

⑥产生流动站所在位置上的RTK改正数据流;

⑦RTK数据以RTCM或Trimble CMR格式传播。

GNSS流动站先向控制中心发送标准的NMEA位置信息，告之其概略位置，控制中心收到信息后重新计算所有GNSS数据，内插到与流动站相匹配的位置，再向流动站发送改正过的RTCM信息，流动站可位于VRS网络中的任何位置，这样RTK的系统误差就被消减。

可以看出，VRS系统实际上是一种多基站技术。它在处理上利用了多个参考站的联合数据。

(2)VRS系统的优势

与传统的RTK相比，VRS系统的优势有以下几点:

1)VRS系统的覆盖范围大

VRS网络可以有多个站，但最少需要3个。若按边长70km计算，一个三角形可覆盖面积为2200km2。

实际上，VRS系统可提供两种不同精度的差分信号，分别为厘米级和亚米级。我们所论述的是1～2个厘米的高精度，而若是用低精度，则站与站之间的距离可以拓展到几百千米。

2)相对传统RTK，提高了精度。

传统的RTK流动站精度与可靠性与流动站、基准站间的距离呈线性相关，随着测量距离的增加，误差会随之增大，而在VRS系统的网络控制范围内，精度始终可以保持在1～2个厘米，网络RTK定位精度均匀，精度和可靠性随距离的增加衰减较小，形成网状覆盖，有效作业面积更大。

3)可靠性也随之提高

采用了多个参考站的联合数据，大大提高可靠性。

4)更广的应用范围

可适用于城市规划，市政建设，交通管理，机械控制，气象，环保，农业以及所有在室外进行的勘测工作。

VRS技术的出现，标志着高精度GNSS的发展进入了一个新的阶段。这种网络RTK技术，集最新兴的计算机网络管理技术、INTERNET技术、无线通信技术和TRIMBLE优秀的GNSS定位技术于一身，应用了最先进的多基站RTK算法，是GNSS技术的突破。它将使GNSS的应用领域极大的扩展，代表着GNSS发展的方向。