商治河

(河南省水利勘測(cè)有限公司 河南 鄭州 450003)

0 引言

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng) (Continuously Operating Reference Stations，CORS)是集成了衛(wèi)星定位（GPS、GLONASS、COMPASS、GALILEO等）、通訊、有線及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和氣象采集等技術(shù)，是一個(gè)不間斷地面信息源采集系統(tǒng)，是坐標(biāo)框架建設(shè)和維持的主要技術(shù)手段和基礎(chǔ)設(shè)施。CORS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基準(zhǔn)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)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的GPS RTK測(cè)量技術(shù)需要測(cè)區(qū)附近控制點(diǎn)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，需要專門架設(shè)基準(zhǔn)站，而且基準(zhǔn)站的RTK改正數(shù)只在基準(zhǔn)站有效距離內(nèi)才有效，作業(yè)范圍受到一定的距離限制。而CORS將網(wǎng)絡(luò)化概念引入到了大地測(cè)量應(yīng)用中，CORS信號(hào)來(lái)自遍布全省各地的基準(zhǔn)參考站。網(wǎng)絡(luò)RTK使用了一組覆蓋大面積的參考站所提供的改正數(shù)信息，增大了覆蓋范圍、最佳的可靠性、更快捷的流動(dòng)站的初始化、均質(zhì)的高精度、更高的生產(chǎn)率。CORS集成了衛(wèi)星導(dǎo)航定位、數(shù)字通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，形成了一個(gè)不間斷的地面信息采集系統(tǒng)。CORS基準(zhǔn)站在接收了多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)娇刂浦行??？刂浦行膶?duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去掉一些所謂的壞數(shù)據(jù)，并比照全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的星歷和衛(wèi)星軌道數(shù)值轉(zhuǎn)化為定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)，處理成終端用戶所支持的數(shù)據(jù)格式，再根據(jù)用戶的位置和具體要求，將相應(yīng)精度數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的簽約用戶終端。

1 HeNCORS系統(tǒng)基本概況

河南省連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Henan Provincial Continuously Operating Reference Stations，簡(jiǎn)稱HeNCORS）項(xiàng)目是河南省測(cè)繪局“十一五”規(guī)劃及河南省測(cè)繪局發(fā)展規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目由河南省測(cè)繪工程院與河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局聯(lián)合建設(shè)，武漢大學(xué)提供技術(shù)方案和數(shù)據(jù)處理服務(wù)，河南省氣象局和中國(guó)移動(dòng)河南分公司協(xié)助建設(shè)，瑞士徠卡公司、美國(guó)天寶公司負(fù)責(zé)相應(yīng)軟硬件、技術(shù)支持、咨詢和調(diào)試服務(wù)。

HeNCORS旨在河南省建立一個(gè)高精度、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）綜合信息服務(wù)網(wǎng)，把GNSS這一高新技術(shù)綜合應(yīng)用于河南省境內(nèi)的大地測(cè)量、工程測(cè)量、氣象監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)以及城市地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域，同時(shí)兼顧公共定位服務(wù)，以滿足日益增長(zhǎng)的城市綜合管理與現(xiàn)代化建設(shè)的需求。它是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、測(cè)繪學(xué)、氣象學(xué)、地理信息系統(tǒng)與現(xiàn)代通訊技術(shù)等的有機(jī)結(jié)合。HeNCORS不僅可以向不同測(cè)繪用戶提供高精度、連續(xù)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，并可向其它專業(yè)用戶提供導(dǎo)航、時(shí)間、災(zāi)害預(yù)報(bào)等領(lǐng)域提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖1 HeNCORS系統(tǒng)站點(diǎn)分布圖

1.1 站點(diǎn)分布

HeNCORS系統(tǒng)2010年12月建成，在省內(nèi)共建設(shè)56個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站，覆蓋整個(gè)省域，參考站間距最長(zhǎng)90km，最短10km，平均站間距離61km。站點(diǎn)分布如圖1。

1.2 系統(tǒng)組成

HeNCORS網(wǎng)絡(luò)是以控制中心為中心節(jié)點(diǎn)的遍布河南省的星型網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP／IP,服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Window 2003 Server,工作站操作系統(tǒng)采用Window XP。HeNCORS系統(tǒng)由參考站子系統(tǒng) （Reference Station Sub-System,RSS）、數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng) （Data Communication Subystem,DCS）、控制中心（System Management Center,SMC）、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng) （Data Distribution System,DDS）、服務(wù)系統(tǒng)（User Services Sub-System,USS）組成，HeNCORS各個(gè)子系統(tǒng)組成如下圖(圖2)。

圖2 HeNCORS系統(tǒng)組成簡(jiǎn)圖

表1

1.3 系統(tǒng)精度指標(biāo)

HeNCORS系統(tǒng)技術(shù)主要包括定位和導(dǎo)航兩部分，如表1。

2 HeNCORS系統(tǒng)的運(yùn)用

HeNCORS系統(tǒng)和RTK實(shí)時(shí)衛(wèi)星定位系統(tǒng)原理一樣，利用GPS差分定位技術(shù)，獲取實(shí)時(shí)差分定位解。用戶須到CORS中心申請(qǐng)一個(gè)用戶賬號(hào)（用戶名），獲得一個(gè)CORS系統(tǒng)差分信息接收器，按流量繳納一定的網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)，CORS系統(tǒng)差分信息接收器移動(dòng)或聯(lián)通公司（GSM、GPRS、CDMA等）的系統(tǒng)差分信息。用戶配置一臺(tái)或多臺(tái)雙頻GPS衛(wèi)星定位接收機(jī)，就能展開(kāi)外業(yè)測(cè)量工作。

在不同水利工程測(cè)繪項(xiàng)目中，每個(gè)測(cè)量項(xiàng)目都要有一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)，由于HeNCORS系統(tǒng)提供的是WGS84坐標(biāo)系，與測(cè)量項(xiàng)目實(shí)際坐標(biāo)系不一致，所以要進(jìn)行WGS84坐標(biāo)與測(cè)量項(xiàng)目實(shí)際坐標(biāo)（西安80坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系、獨(dú)立坐標(biāo)系等）之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也就是求出WGS84坐標(biāo)與測(cè)量項(xiàng)目實(shí)際坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換參數(shù)常用7參數(shù)法，轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取常用以下兩種方法：

（1）測(cè)區(qū)內(nèi)或周邊有多個(gè)國(guó)家高等級(jí)（D級(jí)以上GPS）控制點(diǎn)，控制點(diǎn)有精確WGS84坐標(biāo)和相應(yīng)的直角坐標(biāo)成果，選擇分布均勻且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)的4個(gè)以上控制點(diǎn)，在CORS流動(dòng)站測(cè)量手薄中進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，求得7參數(shù)。

（2）測(cè)區(qū)內(nèi)或周邊控制點(diǎn)只有直角坐標(biāo)成果。首先選擇分布均勻且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)的4個(gè)以上控制點(diǎn)，利用CORS系統(tǒng)精確測(cè)量出各控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)，然后利用測(cè)量出

的各控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)匹配直角坐標(biāo)成果，在CORS流動(dòng)站測(cè)量手薄中進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，求得7參數(shù)。

HeNCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK的實(shí)時(shí)測(cè)量精度能夠達(dá)到厘米級(jí)精度，可以在水利工程測(cè)量中廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)RTK的測(cè)量方法已改以前傳統(tǒng)基準(zhǔn)RTK作業(yè)模式，方便、及時(shí)快速的獲得測(cè)量點(diǎn)實(shí)時(shí)坐標(biāo)。厘米級(jí)精度在水利工程中用于圖根控制測(cè)量、地形圖測(cè)繪、水下地形測(cè)量、河道縱橫斷面測(cè)量、工程施工放樣及竣工驗(yàn)收測(cè)量等測(cè)量項(xiàng)目。CORS系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)了解定位精度，同時(shí)在全天候作業(yè)、減少人力、節(jié)約成本、提高作業(yè)效率等方面有著先進(jìn)的優(yōu)越性。如河南省某配套輸水工程，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用HeNCORS系統(tǒng)短期內(nèi)完成了38條輸水線路820km1∶2000帶狀地形圖和圖根控制測(cè)量；在初設(shè)階段，又快速完成全部輸水線路的定線測(cè)量、縱橫斷面測(cè)量、征地范圍線測(cè)量等。

CORS提供的毫米級(jí)事后精密定位數(shù)據(jù)服務(wù)可以為大型水工建筑物（橋梁、堤壩、水庫(kù)、閘門等）的變形監(jiān)測(cè)提供高精度參考基準(zhǔn)，特別是要進(jìn)行實(shí)時(shí)的安全監(jiān)測(cè)和特殊時(shí)期（如汛期）進(jìn)行連續(xù)不間斷的變形監(jiān)測(cè)，CORS系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)重要水工建筑物安全監(jiān)測(cè)的全自動(dòng)化必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。

CORS提供的分米級(jí)和米級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)也可以用于水資源調(diào)查、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水土保持監(jiān)測(cè)和防汛應(yīng)急指揮等。

3 HeNCORS系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

CORS系統(tǒng)與常規(guī)的GPS RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)∶

（1）用戶無(wú)需架設(shè)參考站，減少了架設(shè)參考站引起的系統(tǒng)誤差，并且節(jié)省了大量的時(shí)間，降低作業(yè)成本，提高工作效率。

（2）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)克服了常規(guī)RTK的局限性，擴(kuò)展了RTK的作業(yè)半徑，在CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)能夠得到均勻的精度，避免了常規(guī)RTK的誤差隨著作業(yè)距離的增大而增長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

（3）在CORS系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)繪系統(tǒng)和定位精度的統(tǒng)一，便于測(cè)量成果的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和多用途處理。

4 HeNCORS系統(tǒng)應(yīng)用的一些經(jīng)驗(yàn)

（1）在測(cè)量項(xiàng)目進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求取時(shí)，應(yīng)盡量采用測(cè)區(qū)內(nèi)能覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)且均勻分布的4個(gè)以上的已知點(diǎn)當(dāng)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，坐標(biāo)分量殘差應(yīng)小于±2 cm，否則要用新的已知點(diǎn)進(jìn)行重新轉(zhuǎn)換，直到坐標(biāo)分量殘差符合要求。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)完成后，應(yīng)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)其他未參加坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求取得已知點(diǎn)進(jìn)行校核，檢驗(yàn)利用CORS系統(tǒng)測(cè)出的坐標(biāo)和已知點(diǎn)坐標(biāo)比較是否在誤差允許范圍內(nèi)。

（2）在外業(yè)測(cè)量時(shí)，網(wǎng)絡(luò)RTK接收機(jī)開(kāi)機(jī)后長(zhǎng)時(shí)間登陸不上CORS網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)關(guān)機(jī)后重新連接登陸CORS網(wǎng)絡(luò)，如果一直沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，應(yīng)電話聯(lián)系CORS中心咨詢網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況。

（3）在遠(yuǎn)離基準(zhǔn)站或偏遠(yuǎn)的測(cè)區(qū)，不能很好地接收到CORS信號(hào)，可以在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，采集不少于10分鐘的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)送給CORS中心，CORS中心可以事后精密定位數(shù)據(jù)處理，求出觀測(cè)點(diǎn)得精確坐標(biāo)。這種測(cè)量方法對(duì)沒(méi)有已知點(diǎn)的偏遠(yuǎn)的測(cè)量項(xiàng)目尤為重要，能快速解決測(cè)量控制點(diǎn)問(wèn)題。

（4）和靜態(tài)GPS測(cè)量相比,網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量相對(duì)而言容易出錯(cuò),必須加強(qiáng)質(zhì)量控制，尤其在控制測(cè)量中應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部和外部的可靠性檢查，確保網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量系統(tǒng)正常后再進(jìn)行下一步的工作。

5 結(jié)語(yǔ)

CORS系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)乃至全世界GPS的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)多個(gè)省份和城市已經(jīng)建立起完整的系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。HeNCORS系統(tǒng)的建立，為河南基礎(chǔ)測(cè)繪建立了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換，開(kāi)創(chuàng)了一種新的測(cè)繪手段。HeNCORS系統(tǒng)將大大加速測(cè)量進(jìn)入信息化、數(shù)字化和自動(dòng)化的進(jìn)程，使基礎(chǔ)測(cè)繪工作得以更快捷、更廣泛的形式開(kāi)展，也必將在水利工程測(cè)量中得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］國(guó)家測(cè)繪局.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范[S].北京：測(cè)繪出版社，2010.

［2］王軍見(jiàn)，吳孔軍，遠(yuǎn)順立.基于CORS的地質(zhì)信息連續(xù)采集運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2008，8(15)∶4284－4291.

［3］劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)：城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（6）：259-264.

［4］陳俊勇，黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的進(jìn)展及建設(shè)CORS的思考[J].地理空間信息，2009，6.