李行 陈朵 李豪阳
摘要：随着测绘仪器和测绘理论及技术的发展，数字化测量已经成为现阶段主流测量方法。本文简要介绍了GPS-RTK技术基本原理、构成，以及作为现有网络RTK技术代表的虚拟参考站技术（VRS）的工作原理，阐述了虚拟参考站技术（VRS）在矿山测量中的应用，分析了VRS技术具体应用中的优势和优点，并结合施工实践，就施工中遇到的问题提出了相应的解决办法和建议。
关键词：VRS；GPS-RTK；矿山测量
引言
随着测绘的数字化发展，“数字矿山”“三维矿山”在地质找矿过程中发挥的积极作用，逐步得到地质行业的普遍认可，近年来地质行业对矿山测绘的精度要求不断提高，传统的经纬仪配合平板测量的测绘方法和利用手持GPS定点测量方法，逐步被GPS-RTK测量方法所取代。该方法定位精度高，不受山地通视条件的限制，且施工流程简单、不需要频繁的搬站，提高了工作效率。近年来快速发展的网络RTK方法，不需要架设基准站，测量效率有了进一步的提高。本文从介绍RTK技术的相关理论出发，到结合施工应用，最后就虚拟参展站技术（VRS）在矿山测量中的应用进行探讨。
1.网络RTK概述
1.1 RTK测量原理
RTK（Real Time Kinematic）测量技术是以载波相位观测量为根据的，具有快速高精度定位功能的载波相位差分测量技术。实时网络RTK服务，是利用基准站的载波相位观测数据，与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度。由于通过差分消去绝大部分的误差，因而可以达厘米级定位精度。
1.1.1 RTK系统组成
常规RTK系统主要由一个参考站（基准站）、若干个流动站及数据通讯系统（电台）组成。在该模式下，一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过电台接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。
1.2网络RTK与虚拟参考站技术
为实现大区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位，网络RTK（CORS）技术得到飞速发展。网络RTK技术又叫多基站RTK，由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体而形成专用网络
虚拟参考站技术（VRS）是现有网络RTK技术的代表。采用VRS技术，基准站网子系统必须包含三个以上的CORS站数据中心通过组合所有基准站的数据，确定整个CORS覆盖区域的电离层误差、对流层误差、轨道误差模型等。流动站作业时，首先通过GPRS或CDMA无线通信网络向数据中心发出服务请求，并将流动站的概略位置回传给数据中心，数据中心利用与流动站最接近的三个参考站的观测数据及误差模型，生成一个对应于流动站概略位置的虚拟参考站，然后将这个虚拟参考站的改正数信息发送给流动站，流动站再结合自身的观测数据解算出其所在位置的精确坐标。
2.VRS技术在矿山测量中的应用及流程
2.1 VRS技术在矿山测量中的应用
矿山测量主要包括点位和线段的测、放作业。常见的有取样点位坐标测量，矿脉（层）露头点位测量，钻孔坐标放样、钻孔坐标测量，剖面测量和探槽的槽头坐标测量等。由于很多矿产的矿层厚度较小，露头较少，为最大精度的推断矿层走向、倾向及倾角，弄清矿体产状，准确测、放露头矿层的空间位置坐标、顶底板位置和钻孔坐标，显得尤为重要。
2.2 VRS技术在矿山测量中的作业流程
2.2.1准备工作
在开展外业测量前，应先对矿区进行踏勘，了解矿区四至范围，同时收集矿区周边的控制资料，便于求解测区转换参数。
目前国家推行CGCS2000国家大地坐标系，但笔者个人在实际的矿山测量工作中发现，很多矿山所采用的还是基于西安80坐标系的坐标，有的甚至只有基于北京54坐标的老资料。对于这种情况，多数采取坐标转换，以CGCS2000坐标为准的处理办法。
外业出发前应做好的准备工作有：将所在地区的中央子午线、所采用的椭球和坐标系统、解算好的七参数等数据输入手簿，另外GPS接收机应登录所在省份的CORS账号，确保登录服务器成功，手簿能得到固定解坐标。
最后应持有仪器前往已知坐标点位进行实地测量，验证坐标点位一般不少于3个，且所选点位应分布在矿区周边不同方位。实测坐标与点位坐标对照，误差在精度范围内，即可采用当前参数，若精度超限，应查找原因，直至较差不超限。
2.2.2外业测量
测绘人员在进入矿区前，应在手簿内新建工程，套用解算参数，并到已知点上进行实测，对照已知坐标，验证精度，确定精度不超限后，再随从地质人员进入矿区施工，进行点位坐标测量、坐标放样等工作。
当天工作完成后，GPS接收机应在同一个已知点上进行复测，确定坐标误差在限差范围内，再关闭主机，收装仪器。
2.2.3内业整理
数据处理一般保留点号、编码、X、Y和高程值。
应及时备份测量数据，妥善保管好原始测量数据文件，涉密坐标等涉密资料须使用涉密计算机等设备进行处理，并由单位定密人指定的专人保管。
2.2.4成果提交
测量成果应按照甲方的要求进行汇交，涉密数据任何人不得以任何形式公开。
3.VRS技术与常规RTK在矿山测量中的结合应用
VRS技术的普及使用，给广大一线测绘人员带来了工作上的便利，随行携带仪器设备显着减少，进一步提高了工作效率。但由于CORS信号在地形切割严重的山区难以有效覆盖，单纯的VRS技术手段依旧满足不了工作需求。例如在豫西山区某矿区，在许多沟谷区域，双星GPS接收机无法接收到CORS信号。笔者结合自身工作经验，以使用SOUTH（南方）S86双频GPS接收机为例，简要介绍VRS技术和常规RTK技术结合使用的矿山测量方法。
3.1工作原理
基于矿山测量精度、仪器便携性和工作效率三个方面的考虑，相比使用VRS技术进行矿山测量，使用该方法一般需要加带一部同型号GPS接收机主机和一部三脚架。
工作原理：使用移动站GPS接收机利用CORS信号，在矿区山体梁部或者鞍部等开阔地区测出拟架设基站的点位坐标，随后另一台GPS接收机架设在该点位上作为基站，即选用已知点架设基站。移动站在山谷等无Cors信号的地区施工时，将数据链从“网络”切换为“电台”，同时设置移动站电台通道与基站的电台通道保持一致，即可得到固定解。
3.2两者结合使用的优势和不足
VRS和传统RTK技术结合使用的最大特点就是做到“双源”信号，且互不干涉。在Cors信号覆盖的地区使用网络信号作业，在无信号区域只需切换数据链，即可接收架设的基站信号，操作简单，作业方便，并且能够保证精度。
该方法相比使用外接模块架设大天线的模式，有以下几点明显优势：
（1）对地形要求较低。在横隔山梁或数道山梁的地形条件下，以及受一些微地形的影响，使用高架天线依然难以保证基站信号覆盖工作区内各个区域，而该方法可以就近架站做到信号覆盖。
（2）携带方便。使用外接模块架设高架天线，相比该方法需要多携带电瓶、数据链、长天线、5m测量杆和三脚架等仪器设备，耗费更多的人力搬运。
不过该方法仍有不足之处，使用GPS接收机作为基站发射信号，信号覆盖范围相对较小，在较大区域内作业仍需要变换基站位置。
4.结论
随着数字航空摄影和低空无人机技术的飞速发展，矿山测量所能选用的技术方法越来越多，但就目前来看，使用GPS-RTK方法进行矿山测量仍然无法在短期内被取代。掌握使用VRS技术和传统RTK技术方法进行矿山测量，依然是从业人员的必修课。在实践中不断总结、优化工作方法，任重而道远。
