單基站CORS在電力線(xiàn)路測(cè)量中的應(yīng)用

王春林，高 飛，李書(shū)群

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

隨著GPS技術(shù)的日臻完善和成熟，目前在我國(guó)不少地區(qū)已建成多基站連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)CORS），CORS系統(tǒng)可以全天候提供實(shí)時(shí)服務(wù)［1］。但由于受到經(jīng)濟(jì)因素和自然因素的影響，部分中小城市還無(wú)法短時(shí)間內(nèi)建立CORS系統(tǒng)。由此單基站連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)單基站CORS）應(yīng)運(yùn)而生，其布局靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，并且易于維護(hù)和管理，還可隨時(shí)并入城市多基站連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，可對(duì)中小城市測(cè)繪工程提供足夠精度的實(shí)時(shí)定位服務(wù)［2］。

2011年，我單位建立單基站CORS系統(tǒng)，并對(duì)本市電力線(xiàn)路系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)過(guò)調(diào)研、分析和論證，將單基站CORS系統(tǒng)成功運(yùn)用于電力線(xiàn)路測(cè)量項(xiàng)目中，不僅滿(mǎn)足項(xiàng)目實(shí)際需要，極大降低作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，還為其他測(cè)量項(xiàng)目提供成功案例，服務(wù)于城市基礎(chǔ)測(cè)量。

1 單基站CORS的建設(shè)

1.1 系統(tǒng)組件

單基站CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和流動(dòng)站組成。基準(zhǔn)站包括GPS接收機(jī)、電源、天線(xiàn)、避雷針。系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器為托管型服務(wù)器，由供應(yīng)商提供和服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊均采用GPRS／CDMA／EDGE數(shù)傳模塊。系統(tǒng)基站采用徠卡GRX 1200＋接收機(jī)。

1.2 基站點(diǎn)

1.2.1 基站點(diǎn)位置的選取

流動(dòng)站固定解的解算與基準(zhǔn)站的公共衛(wèi)星數(shù)有關(guān)，所以基準(zhǔn)站的位置必須在視場(chǎng)開(kāi)闊的地方，視場(chǎng)周?chē)?5°以上應(yīng)避免障礙物；周?chē)荒苡袕?qiáng)磁場(chǎng)干擾GPS通訊；同時(shí)應(yīng)注意多路徑效應(yīng)的影響，避免在周?chē)写竺娣e水域；避開(kāi)道路等振動(dòng)強(qiáng)烈的位置以及不穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造帶；交通應(yīng)便利［3］。根據(jù)這個(gè)原則，本系統(tǒng)基準(zhǔn)站選址在單位樓頂，控制點(diǎn)為永久性標(biāo)志，觀(guān)測(cè)墩為永久性觀(guān)測(cè)墩（見(jiàn)圖1）。

1.2.2 基站點(diǎn)的施測(cè)

本次所建單基站系統(tǒng)基站點(diǎn)的平面位置按照C級(jí)GPS精度要求進(jìn)行施測(cè)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954北京坐標(biāo)系。平面控制采用靜態(tài)測(cè)量，采用邊連式構(gòu)網(wǎng)。此次基準(zhǔn)點(diǎn)的施測(cè)與本市電力部門(mén)整個(gè)市區(qū)電網(wǎng)控制點(diǎn)的施測(cè)聯(lián)合進(jìn)行，共聯(lián)測(cè)21個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)，本系統(tǒng)基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)為GDCL，數(shù)據(jù)處理采用徠卡LGO數(shù)據(jù)處理軟件，網(wǎng)形見(jiàn)圖2。

圖1 基站點(diǎn)照片

圖2 基站GPS觀(guān)測(cè)網(wǎng)形

2 單基站CORS系統(tǒng)應(yīng)用線(xiàn)路測(cè)量

通過(guò)將單基站CORS系統(tǒng)應(yīng)用于本市電力系統(tǒng)線(xiàn)路測(cè)量項(xiàng)目中，檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、定位精度和用戶(hù)流動(dòng)站兼容性指標(biāo)等。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試后，證明系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好?；鶞?zhǔn)站白天項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)連續(xù)工作，夜間關(guān)閉，沒(méi)有發(fā)生故障，服務(wù)器軟件運(yùn)行良好?；鶞?zhǔn)站偶爾因網(wǎng)絡(luò)原因掉線(xiàn)，但自動(dòng)重連后可以繼續(xù)工作［3］。

2.1 電力線(xiàn)路測(cè)量特點(diǎn)

由于城市電力線(xiàn)路網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，變電站平均分布在城市范圍之內(nèi)，線(xiàn)路貫穿整個(gè)市區(qū)，測(cè)量線(xiàn)路不在某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，所以不宜應(yīng)用覆蓋范圍狹小的單個(gè)RTK基準(zhǔn)站進(jìn)行測(cè)量工作。如果應(yīng)用單個(gè)RTK基準(zhǔn)站測(cè)量，則須在整個(gè)市區(qū)范圍內(nèi)不停地架設(shè)基準(zhǔn)站，不斷變換基準(zhǔn)站位置，耗時(shí)、耗力，并且工作效率極低。

2.2 常規(guī)RTK在線(xiàn)路測(cè)量中的劣勢(shì)

針對(duì)常規(guī)RTK測(cè)量，受到的干擾條件很多，總結(jié)如下：

1）衛(wèi)星信號(hào)問(wèn)題。RTK初始化時(shí)需要5顆以上衛(wèi)星，這在城市建筑密集區(qū)有時(shí)有一定的困難。另外，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，某些時(shí)段衛(wèi)星數(shù)不到5顆。

2）數(shù)據(jù)鏈傳輸問(wèn)題。在城市地區(qū)，由于高樓大廈的阻擋和無(wú)線(xiàn)電波的干擾，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。

3）氣象因素。在天氣變化迅速的情況下，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)RTK會(huì)產(chǎn)生粗差［4］。

2.3 單基站CORS系統(tǒng)在線(xiàn)路測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)

單基站CORS系統(tǒng)作用距離足以滿(mǎn)足中小城市市區(qū)電力線(xiàn)路測(cè)量覆蓋范圍。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，對(duì)系統(tǒng)作用距離進(jìn)行測(cè)試，在30km以?xún)?nèi)快速達(dá)到固定解，35km處很容易達(dá)到固定解，可彌補(bǔ)常規(guī)RTK在線(xiàn)路測(cè)量中的不足。通過(guò)應(yīng)用單基站CORS系統(tǒng)，避免了重復(fù)架設(shè)基準(zhǔn)站，省去一大部分的人力、物力，極大提高了線(xiàn)路測(cè)量的工作效率。

本次所建單基站CORS系統(tǒng)為雙星接收機(jī)，接收GPS信號(hào)和GLONASS信號(hào)，雙星數(shù)目統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)圖3、圖4，各時(shí)段可接收衛(wèi)星數(shù)目變化較大，故在統(tǒng)計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)外業(yè)進(jìn)行合理安排，保證工作效率，避免重復(fù)勞動(dòng)，另外基準(zhǔn)站的不間斷觀(guān)測(cè)為外業(yè)人員提供了有力的保障。

由圖3、圖4可知，可接收雙星數(shù)目大部分保持在10顆到25顆之間，少數(shù)時(shí)段少于5顆。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與外業(yè)實(shí)際情況也相吻合，當(dāng)某個(gè)時(shí)段衛(wèi)星數(shù)目很少時(shí)，外業(yè)流動(dòng)站則很難達(dá)到固定解。通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的研究，更好地制定外業(yè)測(cè)量時(shí)間，對(duì)于避免重復(fù)勞動(dòng)，提高工作效率，具有很大幫助［5］。

2.4 單基站CORS系統(tǒng)精度測(cè)試

系統(tǒng)精度檢測(cè)采用已知點(diǎn)檢核。已知點(diǎn)檢核分別對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的10個(gè)已知控制點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)（見(jiàn)表1），經(jīng)統(tǒng)計(jì)，觀(guān)測(cè)值中誤差

表1 已知點(diǎn)檢核

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)對(duì)10個(gè)已知點(diǎn)檢核，測(cè)試點(diǎn)均勻分布在市區(qū)范圍內(nèi)，最小作業(yè)半徑在1km之內(nèi)，最大作業(yè)半徑在35km左右，檢測(cè)點(diǎn)位中誤差為0.01814m，平面精度滿(mǎn)足線(xiàn)路測(cè)量精度要求，說(shuō)明結(jié)果有較好的內(nèi)符合精度和較好的穩(wěn)定性。由于本次電力線(xiàn)路測(cè)量項(xiàng)目高程精度不作要求，故在項(xiàng)目實(shí)際中，并未對(duì)高程精度進(jìn)行控制，在測(cè)試某些點(diǎn)時(shí)天線(xiàn)高并未量取，故高程精度不作為精度指標(biāo)。

電力線(xiàn)路覆蓋市區(qū)，有少數(shù)單基站CORS系統(tǒng)覆蓋范圍達(dá)不到的地方，利用覆蓋范圍內(nèi)的流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)做引點(diǎn)，往電力線(xiàn)路前進(jìn)方向延伸，對(duì)于引點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量檢核，靜態(tài)GPS測(cè)量按照國(guó)家GPS C級(jí)網(wǎng)要求進(jìn)行施測(cè)。利用市區(qū)已知點(diǎn)與引點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，得到離單基站40km左右的引點(diǎn)靜態(tài)坐標(biāo)，網(wǎng)形見(jiàn)圖5，檢核點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)表2。圖5中01號(hào)點(diǎn)為控制點(diǎn)，02號(hào)和03號(hào)為引點(diǎn)。

圖5 靜態(tài)測(cè)量基線(xiàn)圖

表2 靜態(tài)法檢測(cè)坐標(biāo)較差

可以看出，引點(diǎn)坐標(biāo)與靜態(tài)控制X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)相差在6mm以?xún)?nèi)，故利用單基站CORS系統(tǒng)建立引點(diǎn)，經(jīng)度完全達(dá)到要求。由此可見(jiàn)，單基站CORS系統(tǒng)實(shí)際作用距離遠(yuǎn)不止35km，在覆蓋范圍以外可適當(dāng)做引點(diǎn)增加實(shí)際工作距離，故單基站CORS系統(tǒng)完全能夠滿(mǎn)足中小城市市區(qū)電力線(xiàn)路測(cè)量工作。本次電力線(xiàn)路測(cè)量共運(yùn)用單基站CORS系統(tǒng)施測(cè)約3000個(gè)塔基，經(jīng)檢核，精度均達(dá)到電力部門(mén)要求。

2.5 流動(dòng)站接收機(jī)兼容性測(cè)試

為驗(yàn)證所建單基站CORS系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)的兼容性，在本次電力線(xiàn)路測(cè)量中，分別運(yùn)用徠卡1200型接收機(jī)、徠卡1230型接收機(jī)、南方靈銳S82型接收機(jī)和南方靈銳S86型接收機(jī)分別對(duì)不同線(xiàn)路進(jìn)行實(shí)際觀(guān)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：徠卡系列接收機(jī)點(diǎn)位中誤差為0.015m；南方系列接收機(jī)點(diǎn)位中誤差為0.020m。結(jié)果表明：本單位所建單基站CORS系統(tǒng)可以適用于不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)的接收機(jī)的流動(dòng)站，兼容性較好。

2.6 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過(guò)本次電力線(xiàn)路測(cè)量項(xiàng)目驗(yàn)證，結(jié)合中小城市實(shí)際條件建立單基站CORS系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1）投入成本低。建立單基站CORS系統(tǒng)僅需充分利用現(xiàn)有設(shè)備資源，用戶(hù)只需留有一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站長(zhǎng)期運(yùn)行，其余可作為流動(dòng)站使用，滿(mǎn)足當(dāng)?shù)夭煌瑢哟斡脩?hù)測(cè)量需求。

2）覆蓋范圍廣。單基站CORS采用GPRS／CDMA等覆蓋范圍極廣的電信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)作為數(shù)據(jù)傳輸載體，取代傳統(tǒng)RTK電臺(tái)信號(hào)，克服了傳輸距離的限制，只要有手機(jī)信號(hào)的地方就可接收到基準(zhǔn)站差分信息。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，單基站有效距離約35km，范圍再擴(kuò)大時(shí)，可根據(jù)需求多做引點(diǎn)，實(shí)際作用距離可達(dá)50km。可滿(mǎn)足中小城市大部分測(cè)量用戶(hù)需求［6］。

3）數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠和安全。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，基準(zhǔn)站連續(xù)觀(guān)測(cè)，作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，用戶(hù)采用授權(quán)方式進(jìn)行作業(yè)，保證數(shù)據(jù)安全［7］。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，建立單基站CORS系統(tǒng)可以很好地完成工程項(xiàng)目。不僅提高了工作效率，降低了工作成本，還極大地減輕了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，做到了一人一個(gè)桿就可完成工作任務(wù)。本系統(tǒng)應(yīng)用于線(xiàn)路測(cè)量，更加凸顯出其優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)今條件下，不僅適用于線(xiàn)路測(cè)量，也可推廣到其他測(cè)量工作，如地形圖的繪制、土地勘測(cè)和界址點(diǎn)測(cè)量等。由于本次工程項(xiàng)目工期緊，系統(tǒng)應(yīng)用還有諸多不足，如未考慮高程精度，在以后的測(cè)試應(yīng)用中，將逐一彌補(bǔ)不足，使系統(tǒng)日趨完善。

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