VRS模式下流動站獲取正常高的方法

歐陽欣，江春發，郭垂注

（1.廈門市測繪與基礎地理信息中心，福建 廈門361000）

VRS模式下流動站獲取正常高的方法

歐陽欣1，江春發1，郭垂注1

（1.廈門市測繪與基礎地理信息中心，福建 廈門361000）

對VRS模式下大地高轉換為正常高的方法進行了實踐和檢驗，結果證明該方法精度可達3 cm，能有效提高RTK用戶的正常高精度和作業效率。

VRS；大地水準面；RTCM；解碼

RTK實時測量結果為與CORS基準站相一致的WGS84空間直角坐標（或其他參考框架下的地心坐標），通過轉換參數及地方橢球、投影設置，可轉換為地方平面直角坐標及大地高，但實際需要的是正常高。李江衛等提出的通過對VRS坐標施加高程方向改正從而直接得到流動站正常高[1]是一種簡便有效的方法，本文對該方法進行了探討和驗證。

1 基本原理

因大地水準面連續、均勻[2]，且流動站與VRS距離較短，可認為流動站與虛擬參考站具有相同的高程異常。如圖1所示，將VRS坐標沿垂線方向平移 ，則各流動站也將在高程方向變化相同的量，從而實現大地高到正常高的轉換。

圖1 大地高與正常高關系圖

2 流動站與CORS服務器的通信

1） 流動站將NMEA格式單點定位坐標發送到服務器；

2） 服務器在該坐標處生成虛擬觀測站（值），通過NTRIP協議傳送到流動站；

3）流動站實時求解雙差模糊度，得到基線向量，由VRS坐標傳遞得到流動站WGS84坐標，轉換得到地方坐標；

4）作業過程中流動站繼續發送NMEA格式概略坐標（1～10 s），服務器判斷是否需要重新生成虛擬觀測站（值），直至作業結束。

3 數據處理過程

原有服務器安裝了天寶GPSNET軟件，實現對各基準站數據的接收、處理以及虛擬觀測值生成和分發等工作。通過加裝中間服務器，編寫程序模塊實現與GSPNET軟件通信，對RTCM 2．3格式數據進行解碼，提取并修改VRS點坐標，重新編碼后通過設定的IP和端口發出，流程見圖2。

圖2 VRS坐標修改過程圖

4 VRS點大地高改變對流動站定位結果的影響

1）VRS點大地高方向變化Δ H，空間直角坐標相應變化[ΔX,ΔY,ΔZ] 。與起算點坐標對基線向量解算的影響類似，VRS點與流動站位置間的基線向量將產生系統偏差。為了使VRS點位置偏差對相對精度的影響不大于1/1 000 000，VRS點坐標偏差不能大于90 m[3,4]。忽略基線向量的變化，即認為流動站與VRS具有相同的[ΔX,ΔY,ΔZ]，則流動站處的大地坐標變化為[5]：

各流動站的[B,L]不同，大地坐標變化量也不盡相同，流動站之間的相對位置將發生變化。由于僅將VRS大地高移動，且與流動站距離很近，[dB,dL]變化可忽略，流動站相應地在大地高方向變化dH。

2）七參數轉換前后坐標的變化。WGS84坐標系下大地高方向變化為Δ H84，經七參數轉換后大地高方向變化Δ H54，兩者之間的關系為：

式中，λ、R、(Δ X,Δ Y,Δ Z)為WGS84空間直角坐標到地方空間直角坐標的轉換參數；N為卯酉圈曲率半徑，可求得Δ H54=0.999 908 88Δ H84[1]。表1采用實測RTK數據，運用徠卡LGO軟件模擬坐標修改過程。

表1 VRS大地高變化對流動站的影響表/ m

從表1可知，VRS處高程的變化基本只影響流動站的高程值，而要將VRS與流動站高程異常差值控制在cm級，需將兩者距離限制在一定范圍內。

5 實測數據檢驗

廈門市連續運行參考站系統采用上述方法向流動站發送高程異常信息。為評價該系統與精化區域似大地水準面聯合應用測量正常高的精度，對覆蓋廈門市的29個聯測二等水準的B級GPS點進行了RTK檢測。流動站型號為Leica1250，差分數據格式為RTCM2．3，測量時間60 s。RTK實測高程與水準高程差值見表2。

由于福建地勢的特殊性，有1/3以上的測試點位于山區。從表2可知，RTK正常高精度分布較均勻。筆者之前采用七參數轉換法獲取正常高精度約為10 cm，與之相比采用該方法精度有了很大提升。

表2 RTK高程與水準高程差值表/cm

6 結 語

VRS處的高程異常正確代表周圍流動站的高程異常是該方法實現的先決條件， VRS至流動站的距離越遠差異越大，故當流動站與VRS距離超過500 m時，將重新生成參考站。如果在實時測量中要獲得準確的高程信息，需有好的觀測條件（PDOP值、電離層對高程影響很大）[6]，且最好重新生成虛擬參考站。

該方法的優點在于：無需為流動站用戶增加額外設備或模塊，無需顧及RTK用戶儀器間的差異，只需增加1臺中間服務器并開發相應的軟件，節省了成本并實現了對水準面精化成果的保密。其缺點為：由于高程異常內插和虛擬觀測值生成都在服務器上進行，受距離限制，服務器需要更頻繁地重新生成VRS觀測站（值）[7]，在一定程度上加重了服務器負擔。同時WGS84下測量的高程不再是大地高，某種程度上破壞了RTK空間測量的連續一致性，但這一特點也間接保護了基準站到地方坐標的轉換參數。

[1] 李江衛，劉經南，肖建華，等．基于VRS系統的精密正常高實時測量[J]．大地測量與地球動力學，2010，30(6)：86-90

[2] 寧津生，羅志才，李建成． 我國省市級大地水準面精化的現狀和技術模式[J]．大地測量與地球動力學，2004，24(1)：4-8

[3] 劉立龍，唐詩華，文鴻雁．GPS RMBS起算點偏差對定位影響的研究[J]．測繪科學，2008，33(2)：60-61

[4] 蔡宏翔．起始點位置偏差對精密GPS差分定位影響的研究[J]．中國空間科學技術，1999(1)：26-28

[5] 孔祥元．控制測量學[M]．武漢：武漢大學出版社，2002

[6] 霍夫曼?韋倫霍夫，利希特內格爾?瓦斯勒．全球衛星導航系統GPS，GLONASS，Galileo及其他系統[M]．北京：測繪出版社，2009

[7] 郭際明，張紹成，孟祥廣．VRS與FKP定位模式的研究與比較[J]．測繪通報，2011(1)：4-5

P223.0

B

1672-4623（2014）01-0140-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2014.01.048

歐陽欣，工程師，主要從事工程測量及CORS應用研究。

2012-08-06。