開(kāi)封市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 王 棟 張德廷

洛陽(yáng)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 郭雁軍

開(kāi)封市供水總公司 張 勇

網(wǎng)絡(luò)GPS技術(shù)（CORS）在開(kāi)封影像圖中的應(yīng)用

開(kāi)封市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 王 棟 張德廷

洛陽(yáng)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 郭雁軍

開(kāi)封市供水總公司 張 勇

一、概述

2010年，開(kāi)封市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院斥資20萬(wàn)元，建設(shè)了一個(gè)永久連續(xù)觀測(cè)的網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）基準(zhǔn)站。基站位于開(kāi)封市市區(qū)西部，可以利用市區(qū)周邊的8個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)解算出4參數(shù)和7參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)能覆蓋方圓30km范圍，且點(diǎn)位精度均能滿足規(guī)范要求。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比，CORS參考站具有作用范圍廣、精度高和能夠野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)1年的使用，CORS系統(tǒng)在坐標(biāo)定位、圖根控制、宗地圖測(cè)繪、影像圖像控點(diǎn)測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的GPS測(cè)量作業(yè)模式，極大地提高了測(cè)繪工作的效率，在城市測(cè)繪中也得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

二、CORS簡(jiǎn)介

1. CORS的定義。衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)( Continuously Operating Reference Stations，CORS) 是一種將GNSS 導(dǎo)航定位技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)等多種技術(shù)集成在一起的實(shí)用性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能提供移動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)連續(xù)的空間框架等空間位置信息服務(wù)。

2. 系統(tǒng)組成。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)可以定義為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)提供不同類型的GPS觀測(cè)值、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GPS的服務(wù)項(xiàng)目。

3. CORS技術(shù)分類。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分成VRS、FTK和主輔站技術(shù)3類。與常規(guī)RTK不同，在VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線發(fā)送給控制中心。移動(dòng)用戶在工作前，先通過(guò)GSM短信息功能向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心收到這個(gè)位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳固定基準(zhǔn)站，根據(jù)基準(zhǔn)站發(fā)來(lái)的信息，整體改正GPS的軌道誤差和電離層、對(duì)流層以及大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)送給移動(dòng)站。

三、建立CORS的必要性和意義

1. 提高測(cè)繪精度、速度與效率。CORS的建立可以大大提高測(cè)繪精度、速度與效率, 降低測(cè)繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本, 省去測(cè)量標(biāo)志的保護(hù)與維修費(fèi)用，節(jié)省各項(xiàng)測(cè)繪工程實(shí)施過(guò)程中約30% 的控制測(cè)量費(fèi)用。隨著CORS基站的建設(shè)和連續(xù)運(yùn)行，能夠形成一個(gè)以永久基站為控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，所以，可以利用已建成的CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)外開(kāi)放使用，收取相應(yīng)的費(fèi)用。

2. 進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS的建立可以對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長(zhǎng)期的變形監(jiān)測(cè), 對(duì)災(zāi)害進(jìn)行快速預(yù)報(bào)。CORS項(xiàng)目的完成將為城市諸多領(lǐng)域如氣象、車船導(dǎo)航定位、物體跟蹤、公安消防、測(cè)繪、GIS應(yīng)用等提供精度達(dá)厘米級(jí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)GPS 定位服務(wù), 將極大地加快城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。

3. 實(shí)現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。CORS將是城市信息化的重要組成部分,并由此建立城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動(dòng)態(tài)的地心坐標(biāo)參考框架,從而能夠在實(shí)時(shí)的空間位置信息面上實(shí)現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。

四、CORS工作原理

采用精密星歷和精密鐘差，采集距離最近的3個(gè)參考站的同步觀測(cè)值進(jìn)行差分處理，為每個(gè)三角形產(chǎn)生一組區(qū)域改正參數(shù)，通過(guò)三角網(wǎng)模擬出該區(qū)域內(nèi)的綜合誤差改正模型。利用多個(gè)基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)電離層、對(duì)流層、軌道誤差等綜合誤差模型進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)連續(xù)監(jiān)控參考站數(shù)據(jù)的完整性。工作時(shí)，流動(dòng)站需要把它的點(diǎn)位信息(GGA數(shù)據(jù))，通過(guò)GPRS、CDMA等類型的雙向數(shù)據(jù)通訊裝置發(fā)送給中央控制站。系統(tǒng)根據(jù)流動(dòng)站位置模擬出該點(diǎn)的綜合誤差，通過(guò)正常的RTCM數(shù)據(jù)將信息發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站再利用誤差改正雙差觀測(cè)值進(jìn)行常規(guī)RTK定位。

五、CORS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及作業(yè)流程

1. 系統(tǒng)原理。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)建立在GPS硬件等技術(shù)平臺(tái)之上，它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實(shí)時(shí)的測(cè)量服務(wù)。

2. 系統(tǒng)作業(yè)流程?；鶞?zhǔn)站通過(guò)連續(xù)不間斷的觀測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)，獲取該地區(qū)和該時(shí)間段的局域精密星歷及其他改正參數(shù)，按照用戶要求把靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)并把基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信息發(fā)送至服務(wù)器GPS軟件上的指定位置。

用戶單元接收到定位衛(wèi)星傳來(lái)的信號(hào)，解算出地理位置坐標(biāo)。用戶單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過(guò)局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取基準(zhǔn)站提供的差分信息，之后輸入用戶單元GPS的OEM板中進(jìn)行差分解算。用戶單元在野外完成靜態(tài)測(cè)量后，可以從基準(zhǔn)站軟件中下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)，以進(jìn)行基線聯(lián)合解算。

六、幾種GPS測(cè)量方法

1. 靜態(tài)GPS測(cè)量。靜態(tài)GPS測(cè)量即載波相位靜態(tài)相對(duì)定位法，目前普遍應(yīng)用在各個(gè)工程項(xiàng)目控制網(wǎng)的觀測(cè)中，也是最基本的GPS技術(shù)，它測(cè)設(shè)精度高，但是觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。

2. GPSRTK技術(shù)。GPSRTK技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它是利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中1臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另外的接收機(jī)用來(lái)測(cè)定未知點(diǎn)坐標(biāo)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)的定位結(jié)果。該技術(shù)定位速度快、精度高，在平原地區(qū)或信號(hào)好的地區(qū)應(yīng)用廣泛。

3. 快速靜態(tài)GPS測(cè)量法?？焖凫o態(tài)GPS測(cè)量法是一種新型測(cè)量方法，它的優(yōu)點(diǎn)在于架設(shè)時(shí)間短，最少只需10min，觀測(cè)速度快、工作效率高，且流動(dòng)站移動(dòng)時(shí)不必保持對(duì)觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，測(cè)量精度比RTK高，而且在困難地區(qū)，比如，高山地區(qū)的測(cè)設(shè)中，快速靜態(tài)GPS測(cè)量法具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

4. 網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）測(cè)量法。網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）測(cè)量法的作業(yè)方法與GPSRTK基本相同，不同之處在于數(shù)據(jù)鏈連接，它的數(shù)據(jù)鏈連接不是靠電臺(tái)的無(wú)線電，而是靠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)連接。在開(kāi)封市，移動(dòng)聯(lián)通發(fā)射塔已經(jīng)能夠完全覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，所以不存在數(shù)據(jù)鏈在無(wú)信號(hào)情況下斷開(kāi)的情況。

七、應(yīng)用實(shí)例

以測(cè)量市區(qū)影像圖像控點(diǎn)為例，如果按照傳統(tǒng)的GPS測(cè)量方法，需每天架設(shè)基站，另需專人看管，更換基站位置時(shí)還需檢校其他控制點(diǎn)，并且電臺(tái)覆蓋距離較短，這些都是傳統(tǒng)GPS測(cè)量方法的弊端。而采用CORS系統(tǒng)，僅需一人手持GPS流動(dòng)站，即可在市區(qū)內(nèi)任意采集像控點(diǎn)坐標(biāo)，省時(shí)省力，極大地提高了工作效率。

CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)將使開(kāi)封地區(qū)的所有測(cè)繪工作成為一個(gè)有機(jī)整體，結(jié)束了以前GPS作業(yè)系統(tǒng)單打獨(dú)斗的局面。與傳統(tǒng)RTK測(cè)量作業(yè)方式相比，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1. 為城市測(cè)繪工作提供了一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)，能夠從根本上解決不同行業(yè)、不同部門(mén)之間坐標(biāo)系統(tǒng)的差異問(wèn)題。

2. GPS的有效服務(wù)范圍得到了極大擴(kuò)展。

3. 采用連續(xù)基站，用戶可以隨時(shí)觀測(cè)，提高了工作效率。

4. 擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，由于消除或削弱了各種系統(tǒng)誤差的影響，還可獲得高精度和高可靠性的定位結(jié)果。

5. 用戶不需架設(shè)參考站，真正實(shí)現(xiàn)了單機(jī)作業(yè)，減少了費(fèi)用。

6. 使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾。

八、精度分析

為了比較精度，我們使用靜態(tài)GPS測(cè)量了其中一部分像控點(diǎn)進(jìn)行比較，精度如表1所示。

表1 精度分析

根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》的要求，像控點(diǎn)的點(diǎn)位誤差不得大于圖上±0.1mm，高程誤差不得大于測(cè)圖基本等高距的1/10。根據(jù)表1，最大DX=0.065、最大DY=0.051、最大DH=0.05，因此只要采用正確的測(cè)量作業(yè)方法，利用網(wǎng)絡(luò)GPS測(cè)設(shè)像控點(diǎn)的質(zhì)量完全符合規(guī)范要求。