CORS—RTK替代等級(jí)水準(zhǔn)的可行性探究

李茂閣

摘 要：隨著現(xiàn)代數(shù)字通訊技術(shù)和信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，以快速、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)定位為特征的CORS技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于工程勘察、地形測(cè)繪領(lǐng)域。盡管部分地區(qū)精化了區(qū)域似大地水準(zhǔn)面，但與平面精度相比，CORS-RTK高程測(cè)繪精度仍較低。擬從GNSS高程擬合的原理出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)CORS-RTK測(cè)繪精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以探究其替代等級(jí)水準(zhǔn)的可行性。

關(guān)鍵詞：CORS-RTK；等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量；高程測(cè)繪；GNSS基準(zhǔn)站

中圖分類號(hào)：P224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.069

連續(xù)運(yùn)行參考站定位服務(wù)系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，CORS）利用現(xiàn)代通訊技術(shù)構(gòu)建了GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)繪對(duì)控制點(diǎn)通視要求較高的弊端，為區(qū)域測(cè)繪提供了統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)框架。在觀測(cè)、解算GNSS待測(cè)點(diǎn)高程時(shí)，多采用高程擬合形式。由于這一形式與區(qū)域似大地水準(zhǔn)面模型的精度有密切的關(guān)系，因此精度難以統(tǒng)一。本文擬從GNSS高程擬合原理入手，結(jié)合某水利工程施工項(xiàng)目，探究CORS-RTK替代等級(jí)水準(zhǔn)的可行性，并進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)量校差統(tǒng)計(jì)分析。

1 GNSS高程擬合原理

采用衛(wèi)星定位技術(shù)觀測(cè)GNSS高程時(shí)，需要直接采集的數(shù)據(jù)為WGS-84空間坐標(biāo)系統(tǒng)的大地坐標(biāo)（B，L，H），即高程為橢球面法線至參考橢球面的大地高H84，而當(dāng)前我國(guó)普遍采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，即重力線至似大地水準(zhǔn)面的正常高H正常，這兩者的差為點(diǎn)位的高程異常ζ，其計(jì)算公式為ζ=H84-H正常.

對(duì)于高程異常ζ，通常以多項(xiàng)式曲面擬合方式求解，以測(cè)區(qū)周邊3個(gè)以上分布均勻的高等級(jí)GNSS點(diǎn)正常高為基礎(chǔ)，并用GNSS終端采集其相應(yīng)的大地高H84.當(dāng)殘差滿足最小二乘原理 ζ=min時(shí)，構(gòu)建區(qū)域高程異常多項(xiàng)式曲面模型，然后利用待定點(diǎn)平面坐標(biāo)（x，y）內(nèi)插計(jì)算該點(diǎn)位的高程異常值，并歸算點(diǎn)位的正常高。

2 CORS-RTK測(cè)量原理

以現(xiàn)代通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)為依托，構(gòu)建覆蓋一定區(qū)域的GNSS參考站網(wǎng)。從其工作流程上分析，采用均勻分布、連續(xù)運(yùn)行的參考站點(diǎn)接收空間衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并傳送至CORS系統(tǒng)的控制中心；經(jīng)控制中心對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，構(gòu)建電離層和對(duì)流層數(shù)據(jù)模型，以降低對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)精度的影響。以VRS虛擬參考站技術(shù)為例，控制中心根據(jù)用戶終端所上傳的GGA概略坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在用戶附近內(nèi)插建立虛擬參考站，并以RTCM或CMR數(shù)據(jù)形式，借助無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊將該參考站的坐標(biāo)修正數(shù)據(jù)傳輸至流動(dòng)站終端，以差分定位的形式實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度動(dòng)態(tài)測(cè)量。

CORS-RTK雖克服了傳統(tǒng)GPS-RTK測(cè)量精度受基準(zhǔn)站距離影響的弊端，但其精度受高程異常模型求解的影響較大。在定位相位差分時(shí)，根據(jù)流動(dòng)站針對(duì)同一點(diǎn)位測(cè)回?cái)?shù)n的差異，其高程測(cè)繪精度按下式求解：

. （1）

式（1）中：mH為點(diǎn)位大地高測(cè)量誤差；mζ為高程異常模型誤差；mi為儀器高量取誤差。

3 CORS-RTK高程精度分析

現(xiàn)有某水利工程施工項(xiàng)目，其沿線長(zhǎng)16 km。為滿足工程設(shè)計(jì)需求，擬布設(shè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)10個(gè)，已知測(cè)區(qū)周邊含C級(jí)GPS點(diǎn)4個(gè)，并于2015年經(jīng)高程控制網(wǎng)二等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)平差，點(diǎn)位保存完好?，F(xiàn)有1∶10 000比例尺地形圖，用于等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)計(jì)和布設(shè)。同時(shí)，為了探究CORS-RTK水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的精度，首先采用SDCORS觀測(cè)技術(shù)采集水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后選取臨近原C級(jí)點(diǎn)的3個(gè)新水準(zhǔn)點(diǎn)，利用Trimble Dini03電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行閉合環(huán)線聯(lián)測(cè)，以客觀評(píng)價(jià)觀測(cè)精度。

采用CORS-RTK水準(zhǔn)測(cè)量前，利用移動(dòng)站終端鏈接入CORS服務(wù)器，然后采集覆蓋水利工程沿線的4個(gè)GNSS等級(jí)控制點(diǎn)。經(jīng)布爾莎七參數(shù)求解得出，坐標(biāo)系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換殘差較小。在測(cè)量待測(cè)點(diǎn)水準(zhǔn)高程時(shí)，為保證高程的測(cè)量精度，規(guī)定上、下午各采集一次水準(zhǔn)點(diǎn)，每次時(shí)長(zhǎng)30 s。當(dāng)測(cè)回間差距小于1 cm時(shí)，取其均值作為CORS-RTK測(cè)繪均值。另外，為探究CORS-RTK高程測(cè)量精度，按照二等水準(zhǔn)精度聯(lián)測(cè)臨近C級(jí)點(diǎn)的CK02、CK07、CK10三點(diǎn)，并與CORS-RTK測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析。校差統(tǒng)計(jì)如表1所示。

經(jīng)Dini03水準(zhǔn)儀聯(lián)測(cè)檢驗(yàn)，CORS-RTK測(cè)量精度可靠，點(diǎn)位內(nèi)符合精度較高，按照《國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》相關(guān)指標(biāo)，滿足測(cè)段往返高差不符值在-20 ～20 的范圍內(nèi)，全中誤差不大于10 mm/km的要求，在轉(zhuǎn)換參數(shù)求解良好的條件下，可以替代傳統(tǒng)四等水準(zhǔn)的光學(xué)測(cè)繪。

4 結(jié)束語(yǔ)

CORS定位服務(wù)系統(tǒng)為區(qū)域測(cè)繪提供了統(tǒng)一的空間參考框架。無(wú)縫、實(shí)時(shí)、高精度測(cè)繪網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建極大地提升了傳統(tǒng)地形測(cè)量、控制網(wǎng)布設(shè)的作業(yè)效率和質(zhì)量。本文以水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)為例，結(jié)合工程實(shí)踐，探究了CORS-RTK替代等級(jí)水準(zhǔn)的可行性，以期為相關(guān)測(cè)繪工作提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]馬支訓(xùn)，周玉華，曾凡盛，等.CORS網(wǎng)流動(dòng)站在地表變形監(jiān)測(cè)中的可行性研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2013（8）.

[2]宋禮德，李靈愛，李金閣.CORS在公路勘測(cè)中的應(yīng)用探討[J].公路交通技術(shù)，2015（4）.

[3]陳為民，張旭東，符華年，等.GPS高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的應(yīng)用研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2013（7）.

[4]王齊林.廣州市CORS系統(tǒng)的精度分析和應(yīng)用[J].全球定位系統(tǒng)，2007（5）.

〔編輯：劉曉芳〕