張運華

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

Research and Application of Continuous Operating Reference Station (CORS) in Railway Final Surveying

ZHANG Yun-hua

GPS連續(xù)參考站系統(tǒng)(CORS)在鐵路定測中的應(yīng)用研究

張運華

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北武漢430063)

Research and Application of Continuous Operating Reference Station (CORS) in Railway Final Surveying

ZHANG Yun-hua

摘要CORS-RTK作為一項成熟技術(shù)在鐵路初測中得到了廣泛應(yīng)用，在鐵路定測中的應(yīng)用還有待進一步研究。對CORS-RTK技術(shù)在鐵路定測中的應(yīng)用進行研究和試驗，并在鐵路定測項目中與傳統(tǒng)方法進行對比分析，得出以下結(jié)論：無論是采用CORS基站法還是采用CORS-RTK法，其測量精度均可達到平面高程±5 cm以內(nèi)，滿足定測要求；采用CORS-RTK開展定測工作時，需聯(lián)測CPⅠ控制點，其聯(lián)測密度為10～15 km。

關(guān)鍵詞CORS-RTK鐵路定測精度

1概述

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(Continuous Operating Reference Station，簡稱CORS系統(tǒng))是由一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS衛(wèi)星參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN和WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供經(jīng)過檢驗的不同類型GPS觀測值(包括載波相位、偽距)，各種改正數(shù)，狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項目的系統(tǒng)，是現(xiàn)代GPS發(fā)展熱點之一。作為一項成熟的技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、資源普查、工程建設(shè)等領(lǐng)域[1]。

對普通用戶來說，接收GPS衛(wèi)星信號易受到各種干擾因素影響，而CORS服務(wù)網(wǎng)連續(xù)運行，使用方便，可提高工作效率；同時，CORS服務(wù)網(wǎng)有完整的數(shù)據(jù)監(jiān)控機制，能有效消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強作業(yè)的可靠性，可以改進RTK初始化時間，擴大RTK有效工作范圍；另外，RTK用戶不需架設(shè)基準站，能夠真正實現(xiàn)單機作業(yè)，減少費用。CORS服務(wù)網(wǎng)使用固定的通訊方式，減少了通訊噪聲干擾。

文獻[2]分析了CORS-RTK技術(shù)在鐵路勘測中的優(yōu)勢，并在贛龍線中通過大量的試驗證明，在無需依靠CPI控制網(wǎng)的情況下，能滿足鐵路初測階段的勘測精度要求，并通過試驗證實該技術(shù)在鐵路定測中的效果。文獻[3]的測試表明，CORS-RTK測量內(nèi)符合精度和外符合精度在一定的距離內(nèi)能達到厘米級，并且CORS系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外精度分布均勻，可以提供厘米級的RTK服務(wù)。文獻[4]從理論和試驗兩方面證明了通過對CORS的GPS觀測數(shù)據(jù)進行模擬，可實現(xiàn)CORS的高精度快速定位，并且在短時間內(nèi)獲得高精度的測站成果。

就目前各城市使用情況來看，相對于傳統(tǒng)RTK技術(shù)，CORS服務(wù)網(wǎng)在穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)質(zhì)量上有長足進步，短時間內(nèi)局部觀測精度可以達到靜態(tài)GPS觀測的精度；相對于傳統(tǒng)全站儀做平面控制、水準儀引測高程的方法，CORS定位技術(shù)效率高，外業(yè)作業(yè)方便，控制范圍大于1 km2時精度高于全站儀控制精度[5]。

CORS-RTK技術(shù)在鐵路初測中得到了廣泛應(yīng)用，但對CORS-RTK技術(shù)在定測中的應(yīng)用還有待進一步研究，精度還有待進一步提高。

2CORS-RTK技術(shù)在鐵路定測中的應(yīng)用

鐵路定測工作一般在線路基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)(CPI)建立后展開，所有工作的開展均以CPI網(wǎng)成果作為依據(jù)。

使用CORS-RTK技術(shù)替代傳統(tǒng)的RTK作業(yè)，必須先使CORS基站與CPI網(wǎng)相關(guān)聯(lián)，使兩網(wǎng)坐標系統(tǒng)相匹配，求得CORS基站與CPI網(wǎng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

要求得CORS基站與CPI網(wǎng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，需首先選取一定數(shù)量的CPI控制點與CORS基站同步觀測，使用CORS基站W(wǎng)GS84坐標做約束平差，得到CPI網(wǎng)新的WGS84坐標，求取CORS基站與CPI網(wǎng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

如何設(shè)計聯(lián)測CPI控制點的聯(lián)測方案，才能既滿足定測測量精度，又能提高測量效率，是問題的關(guān)鍵所在。

3測試方案設(shè)計

針對以上問題，在婁邵線定測階段進行CORS-RTK技術(shù)與傳統(tǒng)RTK技術(shù)的對比測量試驗，測試方案設(shè)計如下：

①婁邵線共設(shè)立4個CORS基站，分別是邵陽站、邵東站、婁底站和雙峰站，并同時與北京、昆明、烏魯木齊、上海等4個IGS永久跟蹤站點進行聯(lián)測。

②對CPI點進行觀測，并與CORS基站聯(lián)測。每5～10 km左右選擇一個CPI點架設(shè)接收機與CORS站聯(lián)測。觀測完成后，以CORS基站的WGS84坐標(采用GAMIT軟件計算，聯(lián)測IGS站)為約束點，重新計算CPI的WGS84坐標，再結(jié)合原有的CPI平面坐標成果計算轉(zhuǎn)換參數(shù)。

③進行CPI聯(lián)測間隔試驗。試驗選擇10 km、15 km和20 km的聯(lián)測間隔進行試驗，選擇以15 km聯(lián)測間隔為基準，對10 km和20 km聯(lián)測間隔計算的CPI坐標與15 km聯(lián)測間隔計算的CPI坐標進行對比。

④使用CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK分別進行CPI復測、中心方樁放樣、中線扁樁放樣和地質(zhì)放孔4項定測工作，再進行精度的對比。

4測試結(jié)果與精度分析

4.1　CPI聯(lián)測間隔測試分析

聯(lián)測完成后，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX格式，導入原CPI網(wǎng)中，使用LGO7.0軟件重新解算基線，解算合格后導出ASC格式文件，將GAMIT解算出的CORS站W(wǎng)GS84坐標作為三維控制點坐標，一同導入COSAGPS5.0(科傻GPS)軟件，在WGS84坐標系下進行三維約束平差，重新得到CPI點的WGS84坐標。再比較10 km、20 km聯(lián)測間隔重新計算的CPI點坐標與15 km聯(lián)測間隔重新計算CPI點坐標的差值。

婁邵全線共51個CPI點，經(jīng)過測試，10 km與15 km聯(lián)測間隔坐標較差最大值為5.2 mm，高程較差最大值為4.0 mm。15 km與20 km聯(lián)測間隔坐標較差最大為15.2 mm，高程較差最大為33.3 mm。

如圖1、圖2所示，10 km與15 km聯(lián)測間隔坐標互差很小。當聯(lián)測間隔為20 km時，CPI網(wǎng)中部凸出的區(qū)域與其他兩次結(jié)果互差較大，無法滿足鐵路定測的精度要求。因此，在保證測量精度滿足要求的前提下，為減少外業(yè)工作量，提高測量效率，CORS網(wǎng)絡(luò)與CPI控制網(wǎng)聯(lián)測的間隔宜采用每10～15 km聯(lián)測一處最為合適。

圖1　15 km與10 km聯(lián)測間隔坐標較差

圖2　15 km與20 km聯(lián)測間隔坐標較差

4.2　定測精度分析

使用CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK分別進行CPI復測、中線方樁放樣、中線扁樁放樣和地質(zhì)放孔4項定測精度的對比，如圖3～圖6所示。

圖3　CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK對CPI檢測較差

圖4　CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK對中線方樁檢測較差

檢測中最大互差為0.05 m(扁樁檢測中1點高程

互差為0.05 m)，其余均小于0.05 m，可以滿足新建鐵路定測中對RTK作業(yè)的精度要求。

圖5　CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK對中線扁樁檢測較差

圖6　CORS-RTK與傳統(tǒng)RTK對地質(zhì)放孔檢測較差

5結(jié)論

通過CORS-RTK技術(shù)進行的婁邵線定測項目測試和數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

(1)CORS-RTK技術(shù)無論采用CORS基站法還是采用CORS-RTK法，其測量精度均可達到平面、高程±5 cm以內(nèi)，滿足定測精度要求。

(2)采用CORS-RTK開展定測工作時，需聯(lián)測CPI控制點，其聯(lián)測密度宜10～15 km聯(lián)測一個。

(3)建議提前策劃和組織，在CPI控制網(wǎng)測設(shè)前啟動CORS基站網(wǎng)，實現(xiàn)CPI控制點與CORS基站同步觀測，使兩網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，且聯(lián)測密度更大，為定測工作提供良好的基礎(chǔ)。

CORS系統(tǒng)中流動站測量點位精度受到衛(wèi)星分布、電離層干擾、基準站數(shù)據(jù)等多因素的影響，相比于常規(guī)光電測量方法、靜態(tài)GPS測量、傳統(tǒng)RTK測量，CORS-RTK技術(shù)更加具有質(zhì)量控制的不確定性。CORS-RTK技術(shù)是測量手段的一次巨大變革，在相應(yīng)的規(guī)程確定前，如何進行質(zhì)量控制，確保實時測量點位的精度是需要進一步研究的工作。

參考文獻

[1]劉經(jīng)南，劉輝.連續(xù)運行衛(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].武漢大學學報：信息科學版，2003(6)：259-264

[2]金國清.CORS 技術(shù)在鐵路勘測中應(yīng)用[J].鐵道勘察，2009(5)：5-8

[3]劉喜.大慶CORS系統(tǒng)精度(RTK)測試與分析[J].測繪與空間地理信息，2011(8)：97-99

[4]陳中新，朱麗強.基于CORS系統(tǒng)的高精度GPS觀測數(shù)據(jù)的模擬研究[J].測繪科學，2011(1)：17-19

[5]黃育華，倪宏宇.GORS服務(wù)網(wǎng)的技術(shù)研究[J].地理空間信息，2008(2)：34-36

[6]劉德勝，甄鑫強，郭英起.GPS網(wǎng)精度影響因素研究[J].測繪與空間地理信息，2010(4)：40-43

[7]唐衛(wèi)明.GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)定位精測檢測方法研究[J].通信學報，2006(8)：73-77

[8]賀俊偉，李春華，劉俊，等.網(wǎng)絡(luò)同步RTK定位原理與精度分析[J].鐵道勘察，2011(5)：20-22

[9]熊偉，吳迪軍.港珠澳大橋GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)[J].鐵道勘察，2013(3)：1-5

[10]姜衛(wèi)平，袁鵬，田摯，等.區(qū)域CORS組網(wǎng)中的坐標基準統(tǒng)一方法[J].武漢大學學報：信息科學版，2014(5)：566-571

中圖分類號：P228.4

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)01-0022-02

作者簡介：張運華(1976—)，男，2003年畢業(yè)于武漢大學測繪工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2014-11-18