連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（CORS）在河湖基本情況普查中的應(yīng)用

（廣東省水文局湛江水文分局，廣東 湛江 524037）

1 CORS的基本原理及系統(tǒng)組成

1.1 CORS的基本原理

CORS（Continuous Operational Reference System，連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)）是基于網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的。RTK（Real time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法）是GPS差分測(cè)量方法的一種，其采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，利用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間觀測(cè)誤差的空間相關(guān)性，通過(guò)差分的方式除去移動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度(分米甚至厘米級(jí))的定位，是 GPS應(yīng)用的重大里程碑。在 RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈（無(wú)線電臺(tái)或GPRS網(wǎng)絡(luò)）將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息發(fā)送給移動(dòng)站。移動(dòng)站采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，移動(dòng)站就可實(shí)時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。

傳統(tǒng)的RTK技術(shù)在應(yīng)用中遇到的最大問(wèn)題就是基準(zhǔn)站校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。基準(zhǔn)站和移動(dòng)站距離的增加會(huì)導(dǎo)致GPS誤差的空間相關(guān)性隨而逐漸失去線性，因此在較長(zhǎng)距離下(單頻>10km，雙頻>30km)，經(jīng)過(guò)差分處理后的定位數(shù)據(jù)仍然含有很大的觀測(cè)誤差，從而導(dǎo)致定位精度的降低和無(wú)法解算載波相位的整周模糊。所以，為了保證得到滿意的定位精度，傳統(tǒng)的單機(jī)RTK的作業(yè)距離都非常有限。

為了克服傳統(tǒng)RTK技術(shù)的缺陷，在20世紀(jì)90年代中期，人們提出了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中，線性衰減的單點(diǎn)GPS誤差模型被區(qū)域型的GPS網(wǎng)絡(luò)誤差模型所取代，即用多個(gè)基準(zhǔn)站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來(lái)估計(jì)一個(gè)地區(qū)的GPS誤差模型，并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的移動(dòng)站提供校正數(shù)據(jù)。而移動(dòng)站收到的也不是某個(gè)實(shí)際基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而是一個(gè)距離自己位置較近虛擬基準(zhǔn)站的校正數(shù)據(jù)。

CORS就是在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)均勻的布設(shè)多個(gè)永久性的連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)，各基準(zhǔn)站按設(shè)定的采樣率連續(xù)觀測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)的將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)控制中心，系統(tǒng)控制中心首先對(duì)各個(gè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和質(zhì)量分析，然后對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一解算，實(shí)時(shí)估算出網(wǎng)內(nèi)的各種系統(tǒng)誤差改正項(xiàng)（電離層、對(duì)流層、衛(wèi)星軌道誤差）獲得本區(qū)域的誤差改正模型。然后向用戶實(shí)時(shí)發(fā)送GPS改正數(shù)據(jù)，用戶只需要一臺(tái)GPS接收機(jī)，便可實(shí)時(shí)或事后得到高精度的可靠的定位結(jié)果。

1.2 CORS的系統(tǒng)組成

CORS是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。 CORS由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 CORS系統(tǒng)組成及工作原理圖

2 CORS在河湖基本情況普查工作中的應(yīng)用

2.1 河湖基本情況普查的背景

2010年1月，國(guó)務(wù)院下發(fā)《關(guān)于開展第一次全國(guó)水利普查的通知》，決定于2010年至2012年開展第一次全國(guó)水利普查。第一次全國(guó)水利普查是新中國(guó)成立以來(lái)的第一次全面的水利普查，是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，是國(guó)家資源環(huán)境調(diào)查的重要組成部分，是國(guó)家基礎(chǔ)水信息的基準(zhǔn)性調(diào)查。開展全國(guó)水利普查是為了全面查清我國(guó)江河湖泊和水利工程的基本情況，系統(tǒng)掌握我國(guó)江河湖泊開發(fā)治理保護(hù)狀況，摸清經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水狀況，了解水利行業(yè)能力建設(shè)情況，建立國(guó)家基礎(chǔ)水信息平臺(tái)，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)水信息支撐和保障。

河湖基本情況普查是第一次全國(guó)水利普查8個(gè)普查專項(xiàng)之一，是其他普查專項(xiàng)的基礎(chǔ)，其主要普查任務(wù)是通過(guò)對(duì)江河湖泊進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)查，查清江河湖泊的數(shù)量及其分布，查清江河湖泊的水文特征狀況。河湖基本情況普查將充分利用已有大量實(shí)測(cè)資料，在地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感系統(tǒng)（RS）技術(shù)（簡(jiǎn)稱3S高新技術(shù)）的支撐下，采用外業(yè)調(diào)查―內(nèi)業(yè)綜合分析―復(fù)核再調(diào)查的普查方法。充分利用3S高新技術(shù)開展河流湖泊面積、流域邊界等河流湖泊自然特征的普查，可大大提高工作效率和保證成果質(zhì)量。如近期高分辨率遙感影像提供最新下墊面信息，為湖泊水面面積的提取和內(nèi)業(yè)結(jié)果核對(duì)等工作服務(wù)；GPS設(shè)備為提供野外普查點(diǎn)、線、面對(duì)象高精度的經(jīng)緯度坐標(biāo)服務(wù)，為湖泊水深和容積外業(yè)普查提供關(guān)鍵技術(shù)服務(wù)；GIS為流域邊界和數(shù)字水系的自動(dòng)提取提供關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)。

2.2 CORS在普查工作中的應(yīng)用

河湖基本情況普查的外業(yè)測(cè)量精度要求較高，原普查方案要求采用精密單點(diǎn)定位（PPP）方法進(jìn)行定位測(cè)量，以取得亞米級(jí)的定位成果。但PPP方法測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，為保證測(cè)量精度，每點(diǎn)至少靜止觀測(cè)20分鐘，而且還要通過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)后處理來(lái)提高精度，嚴(yán)重影響了外業(yè)調(diào)查的工作效率。同時(shí)由于河流、湖泊范圍大，測(cè)點(diǎn)分散，常規(guī)RTK方法也難于勝任。因此，隨時(shí)可以觀測(cè)、使用方便、定位精度高的CORS測(cè)量方法是河湖基本情況普查外業(yè)測(cè)量的最佳選擇。

本次湛江市河湖基本情況普查外業(yè)測(cè)量主要運(yùn)用了廣東省CORS進(jìn)行測(cè)量。廣東省CORS項(xiàng)目于2002年經(jīng)廣東省委省政府批準(zhǔn)實(shí)施，于2006年11月開始試運(yùn)行，是我國(guó)第一個(gè)覆蓋全省的CORS，能提供從厘米級(jí)到米級(jí)的各種精度的空間定位服務(wù)。該系統(tǒng)共包含了38個(gè)連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星跟蹤站和廣州市、深圳市、東莞市3個(gè)市級(jí)子系統(tǒng)。這種管理模式是全國(guó)首創(chuàng)，對(duì)CORS技術(shù)的推廣有重大意義。

2.3 CORS的運(yùn)用限制

在開展河湖普查外業(yè)測(cè)量工作的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)采用CORS測(cè)量存在以下限制：

（1）在手機(jī)信號(hào)較差的地方定位精度較差甚至無(wú)法工作，由于我們所用的 GPS移動(dòng)站是通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接受 CORS定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)，當(dāng)手機(jī)信號(hào)較差時(shí)，會(huì)影響定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收。

（2）在偏遠(yuǎn)地區(qū)定位精度較差，特別是省界附近。因?yàn)閺V東省CORS基準(zhǔn)站覆蓋范圍有限，在遠(yuǎn)離基準(zhǔn)站網(wǎng)地區(qū)的電離層、對(duì)流層狀況差異較大，必然會(huì)影響到定位精度。

3 結(jié)語(yǔ)

CORS能夠全天候運(yùn)行，用戶只需一臺(tái)GPS接收機(jī)即可進(jìn)行厘米級(jí)至米級(jí)的實(shí)時(shí)快速定位，具備高效率、高精度、高可靠性和低成本的特點(diǎn)，能夠?yàn)閲?guó)土測(cè)繪、工程測(cè)量、城市規(guī)劃、公共安全、農(nóng)業(yè)管理、氣象預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的定位服務(wù)，在河湖基本情況普查外業(yè)測(cè)量中也得到了很好的應(yīng)用。

[1]黃俊華,陳文森.連續(xù)衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[2]徐紹全,張華海,等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003.01.