向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學(xué) 現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用研究所，四川 成都 610059)

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RTK GSM模式和CORS結(jié)合在污水管線測(cè)量應(yīng)用

向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學(xué) 現(xiàn)代工程測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用研究所，四川 成都 610059)

摘要：通過(guò)將CORS與RTK GSM工作模式相結(jié)合，采用中海達(dá)GPS的四參數(shù)解算，將使用單站RTK的獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS使用的坐標(biāo)系。通過(guò)二者結(jié)合克服CORS某些地區(qū)信號(hào)較差與單站RTK覆蓋范圍有限，頻繁設(shè)站，無(wú)統(tǒng)一基準(zhǔn)，且二者都需插SIM作業(yè)等問(wèn)題，切換方便迅速，大大提高工作效率。

關(guān)鍵詞：CORS；RTK GSM；轉(zhuǎn)換；坐標(biāo)系；覆蓋范圍

隨著全球定位技術(shù)的快速發(fā)展，許多城市紛紛利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立屬于自己的連續(xù)運(yùn)行參考站技術(shù)(continuously operating reference system，CORS)。用來(lái)滿足覆蓋范圍內(nèi)城市的各種測(cè)量，如城市的規(guī)劃建設(shè)、施工測(cè)量等。CORS系統(tǒng)相對(duì)于普通的RTK技術(shù)，克服系統(tǒng)分散、相互獨(dú)立、覆蓋范圍有限、臨時(shí)性基準(zhǔn)站頻繁設(shè)置等問(wèn)題。但是在使用成都CORS系統(tǒng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)CORS系統(tǒng)在高樓林立，樹(shù)木成林的地方，CORS系統(tǒng)信號(hào)比較差，很難得到固定解甚至浮動(dòng)解。RTK技術(shù)雖然基準(zhǔn)站覆蓋范圍有限(一般幾千米)，但是在所覆蓋范圍內(nèi)信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)較強(qiáng)，可以迅速得到固定解。而且使用CORS系統(tǒng)需要插SIM卡到移動(dòng)站GPS接收機(jī)，且RTK GSM作業(yè)時(shí)分別將SIM卡插到基準(zhǔn)站和移動(dòng)站GPS接收機(jī)上。故可以將RTK GSM模式和CORS有效結(jié)合，迅速在CORS和RTK之間切換，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，提高工作效率。

1CORS系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.1CORS系統(tǒng)原理

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，通過(guò)專線網(wǎng)絡(luò)將接收到的衛(wèi)星信息傳入控制中心(控制中心是系統(tǒng)的核心，是通訊控制和數(shù)據(jù)處理中心)，然后控制中心通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將GPS觀測(cè)值、改正值、狀態(tài)信息提供給不同的用戶，方便用戶的使用[1]。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)一般包括GPS參考站、地面數(shù)據(jù)處理控制中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、用戶4個(gè)部分。

1.2CORS系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)一般由城市建設(shè)，用來(lái)滿足覆蓋范圍的城市建設(shè)、勘測(cè)規(guī)劃等方面的需要。CORS系統(tǒng)具有一定覆蓋范圍，并且控制中心去除了周跳和系統(tǒng)誤差等，具有較高的精度。相對(duì)于普通的單站RTK測(cè)量具有很多優(yōu)點(diǎn)：

1)覆蓋范圍廣。一般的CORS系統(tǒng)由許多基準(zhǔn)站同時(shí)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，覆蓋范圍很廣，站與站之間可以達(dá)到50～100 km,整個(gè)系統(tǒng)覆蓋范圍更廣，相對(duì)于單站RTK的5～10 km的覆蓋范圍，工作區(qū)域有很大改善[2]。

2)使用方便。一般由控制中心將處理過(guò)的信息傳送給用戶，用戶通過(guò)一臺(tái)流動(dòng)GPS接收機(jī)使用賬戶和密碼登陸即可使用，解決單站RTK頻繁設(shè)置基準(zhǔn)站的問(wèn)題，節(jié)省人力物力。

3)定位精度較高。CORS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心將基準(zhǔn)站接收的衛(wèi)星信息很好的處理，去除周跳和系統(tǒng)誤差，可以為用戶提供厘米級(jí)誤差的定位精度。

4)具有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。在CORS系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)，獲得的定位坐標(biāo)具有統(tǒng)一的精度，解決RTK各自獨(dú)立坐標(biāo)系每次需要與控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)的問(wèn)題。

CORS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)給本次成都龍泉驛區(qū)大范圍的污水調(diào)查與測(cè)量帶來(lái)很大的方便，但是在使用過(guò)程中，在高樓林立、樹(shù)木成林的地方信號(hào)較差，GPS接收機(jī)較難獲得固定解，不能很好完成測(cè)量任務(wù)。

2RTK定位原理和GSM工作模式

2.1單站RTK工作原理

RTK技術(shù)又稱實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，由于其能快速定位，實(shí)時(shí)獲得所需點(diǎn)的坐標(biāo)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各種測(cè)量。RTK一般包括3個(gè)部分：基準(zhǔn)站，流動(dòng)站，數(shù)據(jù)鏈?；鶞?zhǔn)站GPS接收衛(wèi)星信號(hào)，然后通過(guò)電臺(tái)將基準(zhǔn)站點(diǎn)的坐標(biāo)信息以及接收的衛(wèi)星信息發(fā)送至移動(dòng)站。移動(dòng)站除接收衛(wèi)星信號(hào)還接受基準(zhǔn)站傳送的信息，通過(guò)差分技術(shù)計(jì)算載波相位整周模糊度，從而計(jì)算流動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的相對(duì)坐標(biāo)，進(jìn)而得到流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和精度質(zhì)量[3]。

RTK技術(shù)能在很短時(shí)間獲得點(diǎn)位的厘米級(jí)的定位精度，且初始化時(shí)間短，可廣泛應(yīng)用于各種城市工程測(cè)量。但是由于電臺(tái)功率和數(shù)據(jù)鏈的傳輸質(zhì)量問(wèn)題，RTK一般都有一定的覆蓋范圍，在所覆蓋的范圍內(nèi)定位精度高且快。

2.2RTK GSM工作模式的介紹

本次成都龍泉驛區(qū)污水管線測(cè)量采用的GPS接收機(jī)為中海達(dá)V30，中海達(dá)V30 GPS是中海達(dá)開(kāi)發(fā)的一種新型的GNSS RTK數(shù)據(jù)接收機(jī)，支持GPS，GLONASS和伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)航定位。中海達(dá)V30 RTK定位精度達(dá)到：平面±(10+1×10-6D)mm，高程±(20+10-6D)mm,并提供3種RTK工作模式：手機(jī)卡模式(GSM)，內(nèi)置電臺(tái)(UHF),外掛數(shù)據(jù)鏈。

中海達(dá)V30 GPS的RTK GSM工作模式是中海達(dá)新開(kāi)發(fā)的一個(gè)工作模式，相對(duì)于現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的外掛電臺(tái)模式，不需要電臺(tái)和電頻，以及發(fā)射天線，可以將基準(zhǔn)站的信號(hào)發(fā)送給流動(dòng)站。如圖1、圖2所示。

圖1　GSM模式基準(zhǔn)站

圖2　外掛電臺(tái)模式基準(zhǔn)站

GSM工作模式可以和本次測(cè)量使用的CORS系統(tǒng)很好的結(jié)合，方便在二者間切換。使用GSM工作模式時(shí)，雙按V30接收機(jī)上的F1，選擇基準(zhǔn)站，按電源鍵確定，再雙按F2，數(shù)據(jù)鏈選擇GSM，確定后GPS語(yǔ)音提示“GSM 基準(zhǔn)站”，基準(zhǔn)站設(shè)置完畢；同理設(shè)置移動(dòng)站，使其語(yǔ)音提示“GSM 移動(dòng)站”，移動(dòng)站設(shè)置完畢。設(shè)置好GPS的工作模式后，在基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的GPS接收機(jī)SIM卡槽分別插上一張手機(jī)卡，然后通過(guò)手簿分別連接基準(zhǔn)站GPS、流動(dòng)站GPS進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。

圖3　RTK GSM基準(zhǔn)站移動(dòng)站設(shè)置

設(shè)置好后，即可用RTK GSM工作模式進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

3CORS的使用及與RTK GSM模式切換

3.1中海達(dá)V30 CORS的使用

中海達(dá)V30 不僅支持RTK的3種工作模式，還支持CORS系統(tǒng)的使用。中海達(dá)V30使用CORS系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)所用的GPS接收機(jī)進(jìn)行模式設(shè)置：雙按接收機(jī)上的F1鍵選擇工作模式移動(dòng)臺(tái)，按電源鍵確定，然后雙按F2鍵選擇數(shù)據(jù)鏈為GSM，按電源鍵確定，此時(shí)GPS的語(yǔ)音提示為“GSM 移動(dòng)臺(tái)”。

設(shè)置完畢后，將一張手機(jī)卡插入GPS接收機(jī)的SIM卡槽中，然后用手簿連接GPS接收機(jī)，連接上GPS后設(shè)置流動(dòng)站。新建一個(gè)項(xiàng)目后，輸入轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系和當(dāng)?shù)氐闹醒胱游缇€，然后設(shè)置數(shù)據(jù)鏈為內(nèi)置網(wǎng)絡(luò) GPRS，再輸入本次使用的成都CORS系統(tǒng)賬號(hào)，端口選擇2101，源節(jié)點(diǎn)選擇RTCM3.0,輸入接收機(jī)的用戶名和密碼并設(shè)置差分電文格式為RTCM3.0即可使用CORS系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。只需一臺(tái)流動(dòng)GPS接收機(jī)即可完成測(cè)量任務(wù)。

3.2CORS與RTK GSM模式的切換

本次調(diào)查測(cè)量大部分范圍比較開(kāi)闊，CORS系統(tǒng)信號(hào)較好，能得到固定解和浮動(dòng)解，能完成測(cè)量任務(wù)。但是當(dāng)遇到高樓林立，樹(shù)木成林，以及CORS覆蓋范圍較弱的地方信號(hào)明顯較弱，不如單站RTK在其有效覆蓋范圍內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度，大大降低工作效率，甚至不能完成測(cè)量任務(wù)。此時(shí)需要架設(shè)一個(gè)基準(zhǔn)站使用RTK GSM工作模式，由于RTK采用獨(dú)立坐標(biāo)系，需要求解與CORS系統(tǒng)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS系統(tǒng)的坐標(biāo)系方可使用。

當(dāng)使用CORS的流動(dòng)站GPS需要切換到RTK GSM工作模式時(shí)，首先，使用CORS的流動(dòng)站在信號(hào)比較好的地方采集3個(gè)點(diǎn)(k1,k2,k3)的坐標(biāo)，并對(duì)3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)標(biāo)記以方便RTK GSM求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后，在采集點(diǎn)附近的地勢(shì)比較高的地方架設(shè)基準(zhǔn)站(模式為GSM 基準(zhǔn)站，流動(dòng)站不變)，只需手簿設(shè)置基準(zhǔn)站即可，設(shè)置后用RTK測(cè)得3個(gè)點(diǎn)中2個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，用這2個(gè)點(diǎn)對(duì)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，具體流程如圖4所示。

圖4　求解轉(zhuǎn)換參數(shù)流程

通過(guò)上述過(guò)程即可實(shí)現(xiàn)二者坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，此時(shí)手簿界面會(huì)出現(xiàn)參數(shù)求解的結(jié)果，如圖5所示。

此時(shí)2個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完畢，2個(gè)坐標(biāo)系基本符合，誤差在限差之內(nèi)。然后用求解轉(zhuǎn)換后參數(shù)的RTK來(lái)測(cè)量第3個(gè)點(diǎn)k3的坐標(biāo)，通過(guò)k3點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)結(jié)果進(jìn)行檢校。

4應(yīng)用實(shí)例

4.1測(cè)區(qū)概況

本次測(cè)量受成都市龍泉驛區(qū)水務(wù)局的委托，對(duì)成都市龍泉驛區(qū)進(jìn)行污水管線及河道的帶狀地形圖的測(cè)量。龍泉驛區(qū)是四川省成都市所轄的九區(qū)之一，位于成都中心城區(qū)東部偏南、龍泉山脈中段。龍泉驛區(qū)轄4個(gè)街道、7個(gè)鎮(zhèn)、1個(gè)鄉(xiāng)：龍泉街道、大面街道、十陵街道、同安街道、洛帶鎮(zhèn)、西河鎮(zhèn)、洪安鎮(zhèn)、柏合鎮(zhèn)、茶店鎮(zhèn)、黃土鎮(zhèn)、山泉鎮(zhèn)、萬(wàn)興鄉(xiāng)。成都大部分工業(yè)均聚于此，故污染比較嚴(yán)重，調(diào)查中大部分污水河道、管線比較開(kāi)闊，CORS使用較順利。但是在同安鎮(zhèn)由于調(diào)查區(qū)域不利于CORS系統(tǒng)的使用，故運(yùn)用CORS與RTK GSM結(jié)合完成測(cè)量任務(wù)。

4.2CORS與RTK GSM結(jié)合測(cè)量

同安鎮(zhèn)位于成都龍泉驛區(qū)東部，背靠龍泉山脈，鎮(zhèn)區(qū)距離龍泉驛區(qū)7 km,離成都市區(qū)20 km,多所大學(xué)聚集于此。本次污水調(diào)查測(cè)量，同安鎮(zhèn)的排污口達(dá)到15個(gè)，其中11個(gè)比較密集且均處于較高樓層之中，故調(diào)查測(cè)量難度較大，CORS信號(hào)較差不能滿足測(cè)量精度要求。又由于此時(shí)的排污口較密集，單站RTK即可覆蓋，故在11個(gè)排污口密集處較高的地方架設(shè)基準(zhǔn)站并設(shè)置為“GSM 基準(zhǔn)站”。先使用CORS的流動(dòng)站測(cè)得3個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，然后用RTK對(duì)其中2個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，后利用2個(gè)點(diǎn)對(duì)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，將RTK獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS的坐標(biāo)系統(tǒng)，再用第3個(gè)點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果檢校。此時(shí)即可以用RTK GSM代替CORS系統(tǒng)作業(yè)，且二者有著相同的基準(zhǔn)。單站RTK在其覆蓋范圍內(nèi)，能夠很快定位得到固定解，順利解決CORS系統(tǒng)信號(hào)較差遲遲不能得到固定解的問(wèn)題，保證測(cè)量任務(wù)的順利完成。

4.3測(cè)量結(jié)果

通過(guò)實(shí)踐能夠?qū)TK坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS系統(tǒng)的坐標(biāo)系，所測(cè)得點(diǎn)坐標(biāo)在同一基準(zhǔn)內(nèi)，能夠滿足城市測(cè)量規(guī)范的要求，如圖6所示。

將所測(cè)該區(qū)域點(diǎn)的坐標(biāo)展到CASS7.1中，可以清楚看到用2種方式所測(cè)2個(gè)檢校點(diǎn)坐標(biāo)，并用檢驗(yàn)點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行精度檢驗(yàn)，RTK與CORS所測(cè)的檢驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)只差在1 cm之內(nèi)，測(cè)量結(jié)果符合測(cè)量規(guī)范要求。圖7為2種方式共同完成的同安鎮(zhèn)部分管線測(cè)量的成果圖。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著建立CORS系統(tǒng)的地區(qū)越來(lái)越多，CORS系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，CORS系統(tǒng)由于其不需架設(shè)基準(zhǔn)站、覆蓋范圍廣、定位精度較高、有統(tǒng)一的基準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，迅速地被應(yīng)用于建立CORS系統(tǒng)的地區(qū)的城市建設(shè)、工程測(cè)量等。本次的測(cè)量，CORS系統(tǒng)的使用帶來(lái)了很大的方便，但是由于在某些地區(qū)CORS系統(tǒng)因?yàn)樾盘?hào)問(wèn)題不能完成測(cè)量任務(wù)。單站RTK雖然有頻繁設(shè)站，覆蓋范圍小等缺點(diǎn)，但覆蓋范圍內(nèi)信號(hào)強(qiáng)，定位速度快。故在CORS系統(tǒng)信號(hào)較差的地方使用RTK GSM模式，由于都需要插SIM卡作業(yè)，二者能快速切換，通過(guò)CORS系統(tǒng)測(cè)量的點(diǎn)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)后，RTK GSM能代替CORS系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)。二者都是近些年使用很普遍的測(cè)量手段，將二者結(jié)合能夠很好的將二者的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，大大提高工作效率。通過(guò)本次實(shí)踐，將CORS系統(tǒng)與RTK GSM模式結(jié)合測(cè)量，能收到很好的效果，希望二者結(jié)合使用能更多地應(yīng)用于其他測(cè)量。

圖7　管線測(cè)量部分成果圖

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[責(zé)任編輯：張德福]

Application of RTK GSM model combined with CORS to the sewage pipeline measurement XIANG Yunfei，YU Daijun，HE Zujian

(Modern Engineering Measurement Technology and Application Research Institute，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)

Abstract：In view of the weakness of the traditional modeling method, like low efficiency of modeling, model rich texture is not true and so on, this paper expounds a new modeling technology which obtain the ground point and high precision three-dimensional coordinates of the ground point by the an airborne Lidar technology, with tilted photography measurement offer 3d modeling texture .Experiments show that the modeling method is not only high efficiency, real urban space layout, and high positioning accuracy, have measurable analysis function, etc., at the same time provide the DOM, DEM, the point cloud data, the tilted image data and so on.

Key words：CORS；RTK GSM；packed in；coordinate system；coverage

中圖分類號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)06-0051-05

作者簡(jiǎn)介：向云飛(1990-)，男，碩士研究生.

收稿日期：2015-05-29；修回日期：2015-09-25