淺析泉州市單基站CORS系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

王余沛

摘 要：介紹泉州市單基準(zhǔn)站CORS系統(tǒng)的原理、組成及特點(diǎn)，并通過實(shí)地檢核，證明在以單參考站為半徑30公里范圍內(nèi)，RTK作業(yè)可以滿足測(cè)量精度需要。

關(guān)鍵詞：QZCORS 構(gòu)建與應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0040-02

QZCORS（QuanZhou Continous perational Reference Stations），是一個(gè)獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行的單基準(zhǔn)站GPS參考站。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信、互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）和GPRS技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值，從而提高RTK作業(yè)精度和作業(yè)半徑，方便泉州市區(qū)內(nèi)的測(cè)量工作[1]。

1 系統(tǒng)原理

為了滿足泉州市快速發(fā)展對(duì)測(cè)繪技術(shù)的要求，我院在泉州分院建立南方單基準(zhǔn)站CORS系統(tǒng)，從而更好地服務(wù)于地方建設(shè)。

該系統(tǒng)主要采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相位差分技術(shù)，通過觀測(cè)墩上GPS天線接受數(shù)據(jù)，傳送給室內(nèi)主機(jī)，并由市電和UPS電源進(jìn)行24 h供電保證?；鶞?zhǔn)站通過ADSL將差分?jǐn)?shù)據(jù)上傳至公網(wǎng)，流動(dòng)站通過手機(jī)上網(wǎng)接收差分改正數(shù)據(jù)，然后利用手簿中數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行差分結(jié)算，獲取流動(dòng)站和基站間的基線數(shù)據(jù)，從而得到WGS-84坐標(biāo)，再通過坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換確定流動(dòng)站實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)。

本系統(tǒng)各項(xiàng)精度指標(biāo)如下。

2 系統(tǒng)組成

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)是建立在GPS硬件等技術(shù)平臺(tái)上，根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，分為以下兩個(gè)單元：GPS基站和用戶系統(tǒng)，如圖1所示。

2.1 基準(zhǔn)站

（1）基準(zhǔn)站選址。

基準(zhǔn)站建立在泉州市東街6區(qū)2號(hào)泉州分院屋頂，通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，GPS數(shù)據(jù)的電離層延遲、多路徑效應(yīng)、接收機(jī)周跳、衛(wèi)星信號(hào)信噪比等指標(biāo)都滿足精度要求[2]。

（2）南方GPS扼流圈接收天線。

基準(zhǔn)站的采用南方GPS扼流圈測(cè)量型的雙頻天線，它采用鋁質(zhì)等圓4圈凹槽扼流圈和一個(gè)對(duì)稱多點(diǎn)極化的天線加上一個(gè)36 dB低噪聲帶通濾波放大器，可以在直流電壓3～12 V中工作。

（3）觀測(cè)墩。

用于支撐GPS觀測(cè)天線，本系統(tǒng)采用屋頂站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。觀測(cè)墩柱體內(nèi)預(yù)埋PVC管道，用于敷設(shè)天線電纜。儀器墩外部進(jìn)行保溫和防風(fēng)處理，頂部安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避免自然環(huán)境如強(qiáng)風(fēng)、暴雨、日照、鹽蝕等對(duì)天線的損壞。

（4）防雷設(shè)備。

避雷針采用提前放電式避雷針，避雷針的引線采用雙接點(diǎn)與建筑物的主筋焊接，焊接點(diǎn)做防銹措施。

（5）儀器室。

用于安置基準(zhǔn)站設(shè)備。距離觀測(cè)墩距離在天線電纜的許可長度內(nèi)，可提供電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)接入，并安裝防盜和通風(fēng)散熱設(shè)施。

（6）連續(xù)運(yùn)行參考站主機(jī)SOUTH-BASE。

SOUTH-BASE參考站主機(jī)是一款基于工控機(jī)硬件平臺(tái)帶有多種通訊接口的高性能參考站，內(nèi)部安裝Windows XP操作系統(tǒng)，使用操作簡單方便；內(nèi)置2G CF卡用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和GPS接收數(shù)據(jù)；操作者可通過串口、USB設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)工具及鼠標(biāo)鍵盤對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行管理和設(shè)置。

（7）基準(zhǔn)站控制軟件-BASE TRANS軟件。

通過數(shù)據(jù)線把主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)相連，接收控制電路發(fā)送過來的GPS數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分組。同時(shí)把基站接收到的GPS數(shù)據(jù)通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳送給用戶部分的GPS接收機(jī)，把用戶部分的GPS傳送回來的定位數(shù)據(jù)，進(jìn)行分組歸類，經(jīng)過處理后發(fā)給后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，以便后期的管理和控制。

（8）電源系統(tǒng)。

利用電池柜提供穩(wěn)定在UPS電源，同時(shí)接市電，保證24 h不間斷供電。

2.2 用戶系統(tǒng)

用戶采用南方雙頻接收機(jī)進(jìn)行作業(yè)。

靜態(tài)測(cè)量時(shí)，根據(jù)工程需要設(shè)置采樣間隔，通過網(wǎng)絡(luò)下載CORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，利用南方商業(yè)軟件進(jìn)行解算。動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，通過GPRS撥號(hào)，撥叫基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。采樣間隔設(shè)置為5 s，取得固定解初始化時(shí)間一般為15～120 s，初始化后在待定點(diǎn)上取得固定解時(shí)間一般為2～5 s。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）作業(yè)效率高。減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

（2）定位精度高。數(shù)據(jù)安全可靠，滿足RTK的基本需要條件。

（3）自動(dòng)化、集成化程度高。軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

（4）操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)外業(yè)施測(cè)需要。

（5）系統(tǒng)擴(kuò)展性高。設(shè)計(jì)上考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，獨(dú)立的連續(xù)運(yùn)行參考站只通過軟件升級(jí)就能接入多基站的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)。

4 轉(zhuǎn)換參數(shù)求取

根據(jù)泉州控制點(diǎn)分布情況，包括CORS點(diǎn)共選擇39個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行布網(wǎng)，外業(yè)布設(shè)一星期，經(jīng)處理，滿足D級(jí)控制網(wǎng)要求，網(wǎng)形如圖2所示。

5 應(yīng)用研究

為了檢測(cè)該CORS系統(tǒng)的效果和穩(wěn)定性，對(duì)其精度進(jìn)行了測(cè)試。檢核采用標(biāo)準(zhǔn)參照《城市測(cè)量規(guī)范》CJJ8-99，取規(guī)程中1∶500圖根點(diǎn)位精度是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

測(cè)試以基準(zhǔn)站為中心，在30 km半徑范圍內(nèi)，均勻選取20個(gè)具有已知坐標(biāo)的圖根控制點(diǎn)。采用CORS系統(tǒng)下作業(yè)，流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)4次，分上、下午，共計(jì)觀測(cè)兩天，取其平均值，控制點(diǎn)坐標(biāo)比較如下表所示。從測(cè)試的結(jié)果看，CORS系統(tǒng)下作業(yè)完全可以滿足1∶500地形圖對(duì)圖根控制點(diǎn)的精度要求，測(cè)試結(jié)果另人滿意。

QZCORS系統(tǒng)投入使用已有1年多的時(shí)間，從外業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況來看，在30 km作業(yè)半徑內(nèi)，平面精度在3 cm內(nèi)，高程精度在5 cm內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)滿足了當(dāng)初設(shè)計(jì)目標(biāo)和泉州市區(qū)對(duì)RTK測(cè)量的需要。

6 結(jié)論

（1）實(shí)踐表明對(duì)于泉州市區(qū)的地形測(cè)量、地籍測(cè)量、工程放樣及其它測(cè)量任務(wù)，QZCORS單參考站系統(tǒng)具有方便易用、工作效率高、平面精度高等特點(diǎn)[3]。覆蓋半徑可以達(dá)到30 km，滿足泉州市區(qū)的RTK作業(yè)需要。同時(shí)單參考站在滿足現(xiàn)勢(shì)應(yīng)用的前提下可拓展成為未來的多基站應(yīng)用系統(tǒng)。（2）為進(jìn)一步提高QZCORS系統(tǒng)作業(yè)下的高程精度，在實(shí)際作業(yè)中，當(dāng)距離基準(zhǔn)站較遠(yuǎn)時(shí)，利用幾何水準(zhǔn)的方法，求得分布均勻的幾個(gè)待定點(diǎn)準(zhǔn)確水準(zhǔn)高程，然后在流動(dòng)站輸入，求得與擬和高程差值模型進(jìn)行改正整個(gè)測(cè)區(qū)的高程，從而提高在RTK作業(yè)下的高程精度。（3）QZCORS目前還有一些不盡如人意地方，比如：在城區(qū)高樓密集的地方難以使用。網(wǎng)絡(luò)RTK建設(shè)的高成本也限制了它普及使用。不過相信通過技術(shù)的發(fā)展，問題將被逐步解決。

參考文獻(xiàn)

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[3] 董俊超.宜昌市連續(xù)運(yùn)行單參考站（CORS）的建立[J].測(cè)繪信息與工程，2009（2）.