工程測繪中CORS測量技術的應用效果

馬修魯

摘要： 由于傳統(tǒng)的GPS-RTK測量技術數(shù)據(jù)處理滯后，所以無法實時解算出定位結果，也無法對觀測數(shù)據(jù)進行檢核。因此利用多基站網(wǎng)絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）應運而生，完美解決了這一問題。本文介紹了連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)（CORS）的工作原理，工作站的建立，其對于傳統(tǒng)技術的優(yōu)勢，以及在工程中的廣泛應用，大大提高了測量效率，提高了社會經(jīng)濟效益等。

Abstract： The traditional GPS-RTK measurement data processing technology is lagging behind， so it can not be real-time solution to calculate the positioning results， and the observation data can not be detected. Therefore using the multi base station network RTK technology to establish the continuous operation of satellite positioning service system （Operational Reference System Continuous， abbreviated as CORS） came into being， the perfect solution to this problem. The working principle of continuous operation of satellite positioning system （CORS）， workstation build， the advantages of the traditional technology， and in the engineering widely used can greatly improve the measurement efficiency， improve the social and economic benefit are introduced in this paper.

關鍵詞： GPS-RTKCORS；測量技術；基站

Key words： CORS GPS-RTK；measurement technology；base station

中圖分類號：P201 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0094-02

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，常規(guī)GPS測量定位技術，尤其是傳統(tǒng)RTK定位技術是一種基于單參考站和高精度載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，其流程繁瑣，成本不菲。近些年，各行各業(yè)對定位精度的要求越來越嚴格，對技術流程也提出“精簡、高效”的要求，人們希望利用簡單的技術流程實現(xiàn)在更大的范圍內的精準定位。

近年來，計算機硬件設備的改進和網(wǎng)絡技術、無線通訊技術不斷推陳出新，使得人類社會迎來了信息流高速傳遞的大叔據(jù)時代，基于越來越高的應用需求，一種實時、高效、廉價高精度動態(tài)定位系統(tǒng)及其連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡應運而生，我們簡稱其為CORS系統(tǒng)。CORS系統(tǒng)徹底攻克了大規(guī)模、遠距離的厘米級高精度實時定位的難題，目前廣泛應用在測量領域。在測量中，CORS系統(tǒng)利用低廉的測量成本進一步擴大了覆蓋范圍，在短暫的初始化之后實現(xiàn)了對目標物的精準定位，在測量領域掀起了一次技術性改革。那么，CORS系統(tǒng)的定位原理是什么？該系統(tǒng)可以提供哪些定位模式？又有哪些優(yōu)缺點？這就是本文要進行探討的問題。

1 CORS的定位原理及構成

1.1 CORS技術概念 CORS系統(tǒng)即多基站網(wǎng)絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）。該系統(tǒng)是在一定區(qū)域內設置一個或多個固定且連續(xù)運行的永久性連續(xù)運行GPS參考站，是利用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GNSS，計算機，互聯(lián)網(wǎng)技術（LAN/WAN），數(shù)據(jù)通信，在一定區(qū)域內以一定間隔建立的常年連續(xù)運行的若干個固定GNSS參考站組成的網(wǎng)絡，利用參考站網(wǎng)絡軟件處理定位數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶需求提供相應的GPS觀測值、狀態(tài)信息以及其他GPS服務項目，比如載波相位、偽距等。

1.2 系統(tǒng)原理

連續(xù)運行參考站是基于GPS硬件的等技術平臺建立起的測量定位系統(tǒng)。它融入了先進的衛(wèi)星定位技術和地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發(fā)技術，旨在為用戶提供一套實時的、可視化的測量服務。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本系統(tǒng)由GPS基站、電源系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)等幾個GPS硬件組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。

1.3 CORS技術的系統(tǒng)構成 除了固定參考站，CORS系統(tǒng)還包括控制中心、數(shù)據(jù)通訊和用戶終端等幾個關鍵組件。

①控制中心。CORS系統(tǒng)的核心部件是控制中心，該中心系統(tǒng)在計算機的控制下，承擔著通訊和數(shù)據(jù)處理兩大功能。它通過通訊光纜、ISDN和電話線等通訊設備聯(lián)接固定參考站，基于GSM、CDMA、GPRS等無線網(wǎng)絡實現(xiàn)與用戶終端之間的網(wǎng)絡通訊。所以，控制中心既是通訊中心，又是數(shù)據(jù)處理中心。

②固定參考站。固定參考站是GPS網(wǎng)絡接收系統(tǒng)，一個CORS網(wǎng)絡能夠囊括3個以上的、相距70km的站點，而傳統(tǒng)高精度GPS網(wǎng)絡站與站的間距一般不超過20km?？刂浦行耐ㄟ^通訊光纜控制各固定站，并實時互傳測量數(shù)據(jù)。

③數(shù)據(jù)通訊部分。CORS的數(shù)據(jù)通訊主要是固定參考站到控制中心的通訊和控制中心到用戶的通訊，都通過通訊網(wǎng)絡實時傳輸通訊數(shù)據(jù)。

④用戶部分。用戶終端實際是用戶接收機，加上無線通訊的調制解調器及相關的設備。

CORS的工作流程圖如圖2所示。

2 CORS系統(tǒng)在測量中的優(yōu)勢

CORS是測量行業(yè)的新興技術，與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比CORS具有作用范圍廣、精度高、野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點。其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：①覆蓋范圍廣。單基站CORS的覆蓋半徑50km以內。②CORS的建立可以大大提高測繪精度、速度與效率，降低測繪勞動強度和成本。③CORS的建立，可以對工程建設進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測，對災害進行快速預報。④CORS將是城市信息化的重要組成部分，并由此建立起城市空間基礎設施的三維、動態(tài)、地心坐標參考框架，從而從實時的空間位置信息面上實現(xiàn)城市真正的數(shù)字化。⑤分工明確，減輕了作業(yè)負擔。外業(yè)人員可以把精力更多的投入到專業(yè)工作。⑥擴大了GPS在動態(tài)領域的應用范圍，更有利于車輛、飛機和船舶的精密導航。⑦為建設數(shù)字化城市提供了新的契機。⑧使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾。⑨提供遠程INTERNET服務，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。

3 CORS技術在工程測量中的應用

①地面控制測量。由于受到條件不足等因素，例如交通或其他原因導致控制點極少，用CORS系統(tǒng)能夠利用測量地區(qū)控制點組成高等級控制網(wǎng)，可以提高工作效率。②露天礦邊坡穩(wěn)定性與地表沉陷監(jiān)測。礦山生產(chǎn)期間，礦山邊坡穩(wěn)定性及其重要，CORS系統(tǒng)利用其的精度高，全天候等特點，自動測量等優(yōu)點為礦區(qū)進行實時連續(xù)變形監(jiān)測。③地形測量。CORS系統(tǒng)根據(jù)其精度的范圍，可以完成礦區(qū)地形測量的圖根點測量以及碎步點測量，大大提高地形測量精度與工作效率。④露天礦山儲量動態(tài)檢測。測量礦山開采現(xiàn)狀是露天礦儲量動態(tài)檢測的首要工作，根據(jù)規(guī)范利用CORS設備完成礦區(qū)現(xiàn)狀測量得到的數(shù)據(jù)來完成動態(tài)儲量計算。

4 CORS在工程測量中的應用實例

杭州CORS的建立相比常規(guī)RTK測量在工程測量有著很很大的優(yōu)越性，測區(qū)控制點的收集相對比較麻煩，有了CORS，無需再聯(lián)測已知控制點，只要申請相關時段的CORS數(shù)據(jù)即可。下面以杭州市余杭區(qū)第二期城鎮(zhèn)數(shù)字地籍調查項目為例，根據(jù)1：500地形圖測圖的需要，特布設了GPS一級控制網(wǎng)。GPS一級控制點的平面和高程值均采用HZCORS網(wǎng)絡RTK技術進行測定。在測量時充分體現(xiàn)了使用杭州CORS的優(yōu)越性：

①可以以簡單的技術流程和較低廉的測量成本在更大范圍內進行實時、精準的定位，直接省去測量標志保護與修復的承恩，節(jié)省各項測繪工程實施過程中大概30%的控制測量成本。隨著CORS基站的建設和投入運行，逐漸形成了一個基于永久基站進行測量與定位的控制網(wǎng)絡。

②可以對控制點進行實時、有效、長期的監(jiān)測，連續(xù)運行參考站系統(tǒng)能夠全年365天，每天24小時連續(xù)不間斷地運行，全面取代常規(guī)大地測量控制網(wǎng)。用戶只需一臺GNSS接收機即可進行毫米級、厘米級、分米級、米級的實時、準實時的快速定位或事后定位。全天候地支持各種類型的GNSS測量、定位。如果利用已建成的CORS對外開發(fā)使用，收費標準可以根據(jù)各地的投入和實際情況制定，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

③測量的數(shù)據(jù)為WGS84坐標，通過杭州市勘測設計院提供的坐標轉換軟件進行坐標數(shù)據(jù)轉換，求得杭州市獨立坐標。省去球參數(shù)的時間，控制點平面和高程成果在限差內取三次觀測成果的平均值。

5 CORS系統(tǒng)的經(jīng)濟和社會效益

CORS系統(tǒng)屬于公益性項目，對其進行的成本效益分析是政府財政意義上的經(jīng)濟分析，同時由于CORS的效益很大一部分體現(xiàn)為社會效益，因而對其效益的研究分析采用定性與定量想結合的方法。CORS項目效益是指CORS及其基礎上發(fā)展以來的新技術對社會產(chǎn)生的價值的綜合，可分為經(jīng)濟效益和社會效益。經(jīng)濟效益包括網(wǎng)絡RTK技術應用帶來的效益，節(jié)省的控制網(wǎng)布設成本，降低低等級水準等帶來的效益等。社會效益是指CORS項目在氣候，地調，科研，科普，國土，測繪等社會各行業(yè)的潛在效益，同時現(xiàn)在大地基準建設提供可能，服務于測繪信息化，為社會信息化的發(fā)展提供保障等社會效益。

①經(jīng)濟效益：CORS項目運行維護的現(xiàn)金流量分析主要包含兩方面來判斷經(jīng)濟效益，現(xiàn)金流入和現(xiàn)金流出?，F(xiàn)金流入主要包括銷售輸入，拓展項目的收入，回收的固定資產(chǎn)殘值，回收流動資金，政府的補貼收入等五部分。現(xiàn)金流出包括固定資產(chǎn)投資，建設期利息，流動資金投資，付現(xiàn)成本費用，主營業(yè)務收入稅金及附加等五部分。

②社會效益：CORS項目效益更重要的是也是難以量化的一方面，就是其所帶來的各項社會效益的總和。涵蓋測繪應用，氣候預報，國土資源管理，地震監(jiān)測，水利設施，交通管理與測量導航，農(nóng)林應用等諸多領域。

6 結束語

CORS系統(tǒng)作為GPS發(fā)展到一定程度時的產(chǎn)物，定然有其過人之處，通過以上的分析總結，我們可以看到CORS系統(tǒng)是目前很有潛力的一項技術，不論從速度、精度還是廣度來看，CORS技術都有傳統(tǒng)GPS測繪無可比擬的優(yōu)勢。目前我國CORS網(wǎng)絡已在各個省市具有一定的規(guī)模，但整體上還存在著不同程度的缺陷。在今后，各個省市建立好的局部CORS系統(tǒng)升級為國家級CORS系統(tǒng)以后，CORS系統(tǒng)將朝著規(guī)模化、實時化的方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]張振勇，王剛.CORS系統(tǒng)建設經(jīng)驗談[J].中國科技信息，2011（03）.

[2]杜云芳.城市CORS系統(tǒng)及在基礎測繪中應用研究[J].今日科苑，2011（04）.

[3]丁玉平，許友清.區(qū)域CORS系統(tǒng)的定位精度分析[J].測繪通報，2011（03）.

[4]程宇.GPS-RTK與CORS技術在地形圖測量中的應用及效果對比[J].科技傳播，2011（03）.