朱明建　張　偉

摘要:SOUTH CORS GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)是一個高度集成化的測量系統(tǒng),將尖端的GNSS測量技術和傳統(tǒng)的常規(guī)測量技術結合在一起,提供了一整套數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)管理的先進解決方案。本文著重論述了CORS的概念、優(yōu)缺點、分類、用途及原理,為建立城市GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)提供幫助。

關鍵詞:GNSS連續(xù)運行參考站 衛(wèi)星定位 GPS RTK 單基站多基站

一、CORS的概念

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System,簡稱CORS系統(tǒng))可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GNSS參考站,利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術組成的網(wǎng)絡,實時地向不同的類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GNSS觀測值(載波相位,偽距),各種改正數(shù)、狀態(tài)信息、以及其他有關的GNSS服務項目的系統(tǒng)。

二、CORS的優(yōu)點

與傳統(tǒng)的GNSS作業(yè)相比連續(xù)運應參考站具有作用范圍大、精度高、野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點,目前國內(nèi)一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正經(jīng)歷著一個連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設高潮。其優(yōu)點如下:

1.具有跨行業(yè)特性,可面向不同類型的用戶,不再局限于測繪領域及設站的單位和部門。

2.可同時滿足不同需求的用戶在實時性方面的差異,能同時提供RTK、DGPS、靜態(tài)或動態(tài)后處理及現(xiàn)場高精度準實時定位的數(shù)據(jù)服務。

3.能兼顧不同層次的用戶對定位精度指標的要求,提供覆蓋米級、分米級、厘米級的數(shù)據(jù)。

4.覆蓋范圍廣、作業(yè)效率高、一次投資長期收益的特點,成為城市基礎設施建設的新方向。

5.提供穩(wěn)定、統(tǒng)一的參考坐標系給所有用戶共享,規(guī)范基礎測繪數(shù)據(jù)。

6.提高作業(yè)區(qū)域的精度一致性,降低系統(tǒng)誤差,提高作業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

7.提高生產(chǎn)效率,單人測量系統(tǒng)成為GNSS主流作業(yè)模式。

三、CORS的分類

CORS技術在用途上可以分成單基站CORS、多基站CORS和網(wǎng)絡CORS。

單基站CORS:就是只有一個連續(xù)運行站。類似于一加一或一加多的RTK,只不過基準站是由一個連續(xù)運行的基站代替,基站同時又是一個服務器,通過NRS-SERVER軟件實時監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài),存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)和實時發(fā)送差分信息。

多基站CORS:是分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺連續(xù)運行的基站,每一個基站都是一個單基站系統(tǒng),由控制軟件自動計算流動站與基站間的距離,將距離近的基站差分數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站。

網(wǎng)絡CORS:就是采用網(wǎng)絡參考站系統(tǒng)軟件,對分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺基準站的坐標和實時觀測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)綜合誤差改正建模,盡可能消除區(qū)域內(nèi)流動站觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)綜合誤差,從而獲得高精度的實時定位結果。

在范圍、復雜性和投資上單基站CORS、多基站CORS和網(wǎng)絡CORS有著較大的差異。如下表:

四、CORS的用途

由于GNSS技術已得到廣泛認同,GNSS的應用具有跨行業(yè)特性,CORS系統(tǒng)的服務也不再局限于測繪領域,它同時可以被用于檢測地殼運動,提供測量控制,支持測量、GIS數(shù)據(jù)采集、機械控制以及精密定位和監(jiān)測等。

(一)測量控制

與傳統(tǒng)的常規(guī)儀器和GNSS作業(yè)相比,CORS系統(tǒng)的效益要高得多。對于一個局部區(qū)域、鎮(zhèn)、市、漏天礦場或施工現(xiàn)場,可能一兩個獨立的參考站就可以滿足要求,若要為一個大中市區(qū)、地級市或全省提供完整的GNSS服務覆蓋,則需要一個多參考站。

(二)GIS數(shù)據(jù)采集

隨著城市的發(fā)展和各種應用的提出,GIS數(shù)據(jù)采集也成為測繪工作十分重要的一種應用,GIS數(shù)據(jù)包括有空間位置和屬性信息兩方面,CORS可以滿足GIS數(shù)據(jù)采集的應用要求。GIS數(shù)據(jù)采集應用可分為事后處理和實時兩種方式。

(三)全國土地二次調(diào)查中的應用

CORS系統(tǒng)可分為RTK和手持GNSS提供所需的差分信息,將廣泛用于土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫的更新、新地形的測量和現(xiàn)有土地調(diào)查信息的復制,高效快捷,確保數(shù)據(jù)的精度。

(四)變形監(jiān)測

在可能發(fā)生地震、滑坡的地區(qū),常采用分布適當?shù)腉NSS參考站來監(jiān)測地殼運動,通過對CORS網(wǎng)中的各參考站天線位置的計算來進行地殼運動的分析。

(五)車輛監(jiān)控和調(diào)度管理

將尖端科技領域的衛(wèi)星定位技術和地理信息技術、通訊技術和先進的軟件開發(fā)技術有機的結合在一起,可以為用戶提供全新、透明、可視、實施、互動、形象化的車輛跟蹤調(diào)度管理服務。

(六)氣象分析

利用GNSS無線電信號穿越大氣圈時受到電離層與對流層的彌散效應和出現(xiàn)的折射現(xiàn)象,進行數(shù)值分析,特別是可以精確的提取大氣層中的水分含量和分布,從而對可能出現(xiàn)的降水時間和強度作出前所未有的精確預報,服務于當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通、旅游、體育和社會公共活動的精密部署,減少災害性天氣給各行各業(yè)帶來的生命財產(chǎn)損失。

五、CORS的原理及指標

(一)單/多基站CORS的原理

單基站CORS:類似于一加一或一加N的RTK,只不過基準站有一個連續(xù)運行的基準戰(zhàn)代替,它將尖端科技領域的衛(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)技術有機的結合在一起,為用戶提供了全新、透明、科室、實施的測量服務?；鶞收旧嫌幸粋€控制軟件實施監(jiān)測衛(wèi)星的動態(tài),存儲和發(fā)送相關數(shù)據(jù),同時有一個服務器提供網(wǎng)絡差分服務和用戶管理。

多基站CORS:使分布在一定區(qū)域內(nèi)的多個單基站,他們都將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個服務器。流動站作業(yè)時,只要發(fā)送他的位置信息到服務器,系統(tǒng)自動將距離近的基站差分數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站。這樣就確保了流動站在多基站CORS覆蓋區(qū)域移動作業(yè)時,系統(tǒng)總能提供距離流動站最近的參考站數(shù)據(jù)。

(二)單/多基站CORS的特點

1.投入較少:隨著單/多基站技術的成熟,只要投入較少的資金即可在一個較小的城市建立一個或多個CORS基站,滿足當?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術服務的需要。基站建成后,基站所在城區(qū)及近郊區(qū)、城市進出口主要交通沿線,以及以基站為中心三十公里范圍內(nèi)區(qū)縣、城鎮(zhèn)、城鄉(xiāng)地區(qū)實現(xiàn)快速厘米級實時定位和事后差分。

2.隨時可以升級和擴展:單/多基站系統(tǒng)可以隨時增加新的基站,加大實時RTK作業(yè)的覆蓋區(qū)域,一旦建立網(wǎng)絡CORS系統(tǒng)的條件成熟,只要進行系統(tǒng)軟件升級,單/多基站CORS系統(tǒng)即可輕松的升級成網(wǎng)絡CORS系統(tǒng)。

3.數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全:基站可連續(xù)觀測,靜態(tài)數(shù)據(jù)全天候采集,點位精度高,數(shù)據(jù)穩(wěn)定;用戶登錄采取授權方式,數(shù)據(jù)中心可以管理登錄用戶,數(shù)據(jù)安全性較高。

4.作業(yè)范圍廣:作業(yè)半徑可以擴大到40公里,能夠?qū)崿F(xiàn)快速厘米級實時定位及事后差分。

5.施工周期短:單/多參考站技術經(jīng)過實踐表明它是一種比較成熟的技術,從方案落實開始采購設備、安裝調(diào)試,到驗收運行整個建設周期基本上在一個月之內(nèi)。

(三)單/多基站CORS的技術指標

(四)網(wǎng)絡CORS的原理

在網(wǎng)絡CORS中,分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺基準站將所有的原始數(shù)據(jù)傳回中心,通過系統(tǒng)軟件對收到的各基站的坐標和原始觀測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)綜合誤差建模。RTK移動站在工作時,先向控制中心發(fā)送一個概略坐標(GGA數(shù)據(jù)),控制中心收到這個位置信息后,根據(jù)用戶位置,由計算機自動將該位置改正的GNSS軌道誤差,電離層,對流層和大氣折射應起的誤差發(fā)給移動站。這個差分信號的效果相當于在移動站旁邊,生成了一個模擬的參考基站,從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題,并保證了用戶的精度。

(五)網(wǎng)絡CORS的技術指標

六、結束語

作為空間數(shù)據(jù)基礎設施,連續(xù)運行衛(wèi)星定位(CORS)系統(tǒng)的建設逐漸成為數(shù)字城市和信息化建設的重要內(nèi)容,許多城市已將CORS的建設列入政府基礎設施計劃。隨著CORS在我國的普及,城市CORS今后面臨的主要問題,是研究如何拓寬系統(tǒng)的服務領域,開展多層次的服務內(nèi)容,豐富系統(tǒng)用戶,在穩(wěn)定的地區(qū)建立永久性基巖參考站,開展區(qū)域地殼變形及高層建筑物變形監(jiān)測服務等。此外,還需要逐步探索并完善CORS的服務和維護模式,建立有關CORS的建設規(guī)范,開拓并引導市場。

參考文獻:

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[3]黃丁發(fā),丁建偉. 差分GPS連續(xù)運行參考站網(wǎng)建設研究[J].西南交通大學學報,2000(4):375-378。

(作者單位:1,2河南省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督站)