南方單基站CORS技術(shù)在工程放樣中的應(yīng)用＊

梁振華，孟凡超

（遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源136201）

0 引 言

隨著國家信息化程度的提高及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，需要采集越來越多實(shí)時(shí)處理空間數(shù)據(jù)，常規(guī)RTK在應(yīng)用過程中暴露出許多的不足與缺陷，其中最大的問題在于常規(guī)RTK流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間隨著距離的增加，誤差的強(qiáng)相關(guān)性也隨之減弱，相應(yīng)的定位精度也隨之降低，限制了常規(guī)RTK的作業(yè)距離。為了克服常規(guī)RTK的缺陷，CORS誕生了［1］。CORS的出現(xiàn)結(jié)束了常規(guī)RTK單打獨(dú)斗的局面，在一定范圍內(nèi)，RTK作業(yè)的連續(xù)性、可靠性、穩(wěn)定性、精度都得到明顯的提高，同時(shí)與常規(guī)RTK相比，CORS的普及帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 CORS基本原理

CORS基本工作原理是利用GPS導(dǎo)航定位技術(shù)，在一個(gè)城市、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國家，根據(jù)需求按照一定距離建立長年連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)或若干個(gè)固定GPS參考站，利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LAN／WAN）技術(shù)將各個(gè)參考站與數(shù)據(jù)中心組成網(wǎng)絡(luò)，由數(shù)據(jù)中心從參考站采集數(shù)據(jù)，利用參考站網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行處理，向各種用戶自動(dòng)地發(fā)布不同類型的GPS原始數(shù)據(jù)、各種類型RTK改正數(shù)據(jù)等。用戶只需要一臺(tái)GPS接收機(jī)，進(jìn)行野外作業(yè)時(shí)，即可進(jìn)行mm級(jí)、cm級(jí)、dm級(jí)、m級(jí)的，準(zhǔn)實(shí)時(shí)、實(shí)時(shí)的，快速定位、事后定位或?qū)Ш蕉ㄎ唬?］。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)而言，最核心的部分就是數(shù)據(jù)處理部分，而數(shù)據(jù)處理部分最關(guān)鍵的是數(shù)學(xué)模型，目前，從國內(nèi)外研究情況來看，主要有三種數(shù)學(xué)模型：內(nèi)插法、線性組合法和虛擬參考站法。

2 南方單基站CORS定位相對(duì)常規(guī)RTK定位優(yōu)勢

2.1 投入較少

隨著南方單基站技術(shù)的成熟，只要較少的投資即可在一個(gè)中小城市建立一個(gè)CORS基站，滿足當(dāng)?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務(wù)的需要［3］。

2.2 隨時(shí)可以升級(jí)和擴(kuò)展

單基站系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的基站，加大實(shí)時(shí)RTK作業(yè)的覆蓋區(qū)域，一旦建立虛擬參考站系統(tǒng)的條件成熟，只要進(jìn)行系統(tǒng)軟件的升級(jí)，花費(fèi)不大的投資，單參考站系統(tǒng)即可輕松地升級(jí)成虛擬參考站網(wǎng)系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全

基站連續(xù)觀測，靜態(tài)數(shù)據(jù)全天候采集，點(diǎn)位精度高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定；與單參考站RTK測量相比，CORS提供的網(wǎng)絡(luò)RTK測量精度得到了顯著的提高。由于網(wǎng)絡(luò)RTK測量采用多個(gè)參考站解算的數(shù)學(xué)模型，其測量精度和可靠性遠(yuǎn)高于單參考站RTK測量精度，有效服務(wù)范圍更大［4］。另外，用戶登錄采取授權(quán)方式，數(shù)據(jù)中心可以管理登錄用戶，數(shù)據(jù)安全性高。

2.4 作業(yè)范圍廣

目前基于南方單基站的RTK作業(yè)半徑已經(jīng)擴(kuò)大到40km，能夠?qū)崿F(xiàn)快速厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位及事后差分，利用GPRS／CDMA進(jìn)行50～80km左右RTK測試成功案例也已經(jīng)屢見不鮮［5］。

2.5 施工周期短

單參考站技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐表明它是一種比較成熟的技術(shù)，從方案落實(shí)開始采購設(shè)備，安裝調(diào)試，到驗(yàn)收運(yùn)行整個(gè)周期在1個(gè)月以內(nèi)。

3 南方單基站CORS系統(tǒng)在工程放樣中的應(yīng)用

工程放樣是將設(shè)計(jì)抽象的幾何實(shí)體放樣到實(shí)地，成為具體幾何實(shí)體所采用的測量方法和技術(shù)，機(jī)器和設(shè)備的安裝也是一種放樣。放樣可以歸納為點(diǎn)、線、面、體的放樣，其中點(diǎn)放樣是基礎(chǔ)。放樣與測量的原理相同，使用的儀器和方法也相同，只是目的不一樣。工程放樣的工作量很大，因此，施工放樣一體化、自動(dòng)化顯得特別重要［6］。

3.1 南方單基站CORS進(jìn)行點(diǎn)位放樣

建筑物的形狀和大小是通過其特征點(diǎn)在實(shí)地上表示出來的。如建筑物的中心、四個(gè)角點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。因此，點(diǎn)放樣是建筑物和構(gòu)筑物放樣的基礎(chǔ)。用RTK進(jìn)行點(diǎn)位放樣同傳統(tǒng)放樣一樣，需要兩個(gè)以上的控制點(diǎn)，但不同的是傳統(tǒng)的方法是通過距離或方向來放樣定點(diǎn)，或用全站儀用兩點(diǎn)定向后放樣定點(diǎn)，而RTK是用2～3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，就可在無光學(xué)通視（電磁波通視）的條件下進(jìn)行點(diǎn)位的放樣，這是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。

在連接好CORS基站后，首先要求轉(zhuǎn)換參與點(diǎn)校正。然后點(diǎn)擊測量中的點(diǎn)放樣，進(jìn)入放樣屏幕，點(diǎn)擊文件選擇按鈕，打開放樣點(diǎn)坐標(biāo)庫。在放樣點(diǎn)坐標(biāo)庫中導(dǎo)入事先編輯好的放樣文件＊.dat（放樣點(diǎn)坐標(biāo)庫的操作類似于坐標(biāo)管理庫，放樣點(diǎn)庫的文件為＊.ptb文件）并選擇放樣點(diǎn)或直接輸入放樣點(diǎn)坐標(biāo)，確定后進(jìn)入放樣指示界面。在放樣界面顯示了當(dāng)前點(diǎn)與放樣點(diǎn)之間的距離，Dx為南方向的距離，Dy為東方向的距離，根據(jù)提示進(jìn)行移動(dòng)放樣。在放樣過程中，當(dāng)前點(diǎn)移動(dòng)到離目標(biāo)點(diǎn)0.9m的距離以內(nèi)時(shí)，軟件會(huì)進(jìn)入局部精確放樣界面，同時(shí)軟件會(huì)給控制器發(fā)出聲音提示指令，控制器會(huì)有“嘟”的一聲長鳴音提示。放樣提示可設(shè)置放樣圈的最小圈半徑和最大圈半徑以及放樣時(shí)的聲音提示。點(diǎn)放樣圈的數(shù)量為最大值整除最小值的數(shù)量。放樣顯示設(shè)置可設(shè)置點(diǎn)的顯示。在放樣界面下還可以同時(shí)進(jìn)行測量，按下保存鍵A即可以存儲(chǔ)當(dāng)前點(diǎn)坐標(biāo)。在點(diǎn)位放樣時(shí)使用快捷方式會(huì)提高放樣的效率。在放樣界面下按數(shù)字鍵8放樣上一點(diǎn)，2鍵為放樣下一點(diǎn)，9鍵為查找放樣點(diǎn)。

3.2 南方單基站CORS進(jìn)行直線放樣

公路、鐵路、渠道、輸電線以及其他管道工程都屬于線型工程，他們的中線統(tǒng)稱為線路。這些線路實(shí)際上是由空間的直線段和曲線段組合而成。進(jìn)行直線放樣時(shí)，在測量選項(xiàng)里點(diǎn)擊線放樣，即：打開線放樣坐標(biāo)庫，放樣坐標(biāo)庫的庫文件為＊.lnb，選擇要放樣的線即可（如果有已經(jīng)編輯好的放樣線文件）。如果線放樣坐標(biāo)庫中沒有線放樣文件，點(diǎn)擊“增加”，輸入線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)就可以在線放樣坐標(biāo)庫中生成線文件。

在線放樣界面中，當(dāng)前點(diǎn)偏離直線的距離、起點(diǎn)距、終點(diǎn)距和當(dāng)前點(diǎn)的里程（里程指的是從當(dāng)前點(diǎn)向直線作垂線，垂足點(diǎn)的里程）等信息，其中偏離距中的左、右方向依據(jù)是當(dāng)人沿著從起點(diǎn)到終點(diǎn)的方向走時(shí)在前進(jìn)方向的左邊還是右邊，偏離距的距離則是當(dāng)前點(diǎn)到線上垂足的距離。起點(diǎn)距和終點(diǎn)距有兩種顯示方式，一種是當(dāng)前點(diǎn)的垂足到起點(diǎn)或終點(diǎn)的距離，另一種指的是當(dāng)前點(diǎn)到起點(diǎn)或終點(diǎn)的距離。DX、DY顯示的是當(dāng)前點(diǎn)和其相對(duì)于線段的垂足之間的距離。當(dāng)前點(diǎn)的垂足不在線段上時(shí)，顯示當(dāng)前點(diǎn)在直線外。

3.3 南方單基站CORS進(jìn)行曲線放樣

在曲線放樣時(shí)，當(dāng)線路方向發(fā)生變化的地段，連接轉(zhuǎn)向處的曲線稱為平曲線。平曲線有圓曲線和緩和曲線兩種。圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。

用RTK放樣曲線的準(zhǔn)備工作與RTK的點(diǎn)的放樣一樣，如果曲線各點(diǎn)的坐標(biāo)是已知數(shù)據(jù)，則可按放樣點(diǎn)的方法進(jìn)行曲線放樣。如果不知道曲線坐標(biāo)，可以將曲線條件輸入手簿，由手簿解算主點(diǎn)和細(xì)部點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行放樣。南方RTK所提供的解算軟件是按一定的里程進(jìn)行解算坐標(biāo)的，待坐標(biāo)解算完畢后就可按點(diǎn)的放樣方法進(jìn)行放樣。

在圓曲線放樣時(shí)需要的已知參數(shù)：偏角α及圓曲線的設(shè)計(jì)半徑R；此外還有曲線整樁間距L及交點(diǎn)的里程JD.其中R為根據(jù)地形狀況及車輛運(yùn)行要求設(shè)計(jì)的參數(shù)。

在放樣界面下還可以同時(shí)進(jìn)行測量，按下保存鍵“A”即可以存儲(chǔ)當(dāng)前點(diǎn)坐標(biāo)；

在緩和曲線放樣時(shí)需要的已知參數(shù)：偏角α，圓曲線半徑R，緩和曲線長度LS，此外還有曲線整樁間距L0以及交點(diǎn)里程JD.其中圓曲線半徑根據(jù)地形及車輛運(yùn)行技術(shù)要求設(shè)計(jì)的參數(shù)。

輸入曲線定義條件，計(jì)算出曲線要素并且命名保存，曲線定義就完成，操作類似于圓曲計(jì)算。在圖上可以看到曲線已經(jīng)定義好了，在屏幕上點(diǎn)擊各點(diǎn)可以看到它們的坐標(biāo)和里程，點(diǎn)擊打開坐標(biāo)管理庫，選擇要放樣的點(diǎn)進(jìn)行放樣即可。

4 結(jié) 論

單基站CORS具有系統(tǒng)投入較少、隨時(shí)可以升級(jí)和擴(kuò)展、數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全、作業(yè)范圍廣、施工周期短等特點(diǎn)，使工程放樣更加簡單方便，測繪工作者可以真正地實(shí)現(xiàn)單人作業(yè)。為測繪行業(yè)帶來深刻的變革，同時(shí)也為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中的空間信息服務(wù)帶來新的思維和模式［7］。

［1］ 楊 光，方 鋒，祁 芳.GZCORS系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用［J］.地理空間信息，2007，5（3）：2－20.

［2］ 張恒璟.南方單基站CORS在校園平面控制網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版，2010，29（S1）：37－39.

［3］ 劉經(jīng)南，劉 暉.中國發(fā)展連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)的思考［N］.中國測繪報(bào)，2003－10－28（3）.

［4］ 周立民.建立CORS的必要性和意義［J］.南方測繪報(bào)，2004，5（3）：46－51.

［5］ 肖 鶩，胡友健.CORS的精度及其穩(wěn)定性研究［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：283－288.

［6］ 王根虎.土木工程測量［M］.鄭州：黃河水利出版社，2005：95－103

［7］ 李 健，呂志平.基于CORS的衛(wèi)星定位在線服務(wù)系統(tǒng)［J］.測繪通報(bào)，2007，3（8）：25－32.