南方單基站CORS在校內(nèi)控制測(cè)量中的應(yīng)用

靳合波， 吳學(xué)超， 袁興明(.青島理工大學(xué)(臨沂) 工程管理系， 山東 臨沂 7400；.山東省國(guó)土測(cè)繪院， 山東 濟(jì)南 500；

3.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院 建筑與信息工程系， 山東 淄博 256414)

隨著GPS技術(shù)的飛速進(jìn)步和應(yīng)用普及以及信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，GPS在工程建設(shè)中的作用已越來(lái)越重要.利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System，縮寫(xiě)為CORS)已成為工程建設(shè)GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一[1-2].我國(guó)現(xiàn)行建立的CORS系統(tǒng)包括基準(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，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).CORS系統(tǒng)在工程建設(shè)中具有布局靈活、費(fèi)用低、精度高、效率快的特點(diǎn)，尤其是在高等學(xué)校測(cè)量教學(xué)和實(shí)習(xí)場(chǎng)地建設(shè)的應(yīng)用比較方便[3-4].

學(xué)校辦學(xué)歷史悠久，大部分基礎(chǔ)建筑建設(shè)已經(jīng)完成，學(xué)校建設(shè)之初所布設(shè)的校園控制點(diǎn)已經(jīng)大部分被破壞，即使保留完整的控制點(diǎn)隨著時(shí)間變化精度也發(fā)生了變化，并且當(dāng)時(shí)的控制點(diǎn)都是利用全站儀獲取數(shù)據(jù)手工計(jì)算得到，精度難以利用到現(xiàn)在的工程建設(shè)和實(shí)習(xí)場(chǎng)地中.由于學(xué)校操場(chǎng)建設(shè)的年歲日舊，難以保證學(xué)生的體育課和課余時(shí)間的使用，亟需建設(shè)新型的操場(chǎng).針對(duì)學(xué)校操場(chǎng)建設(shè)和校園實(shí)習(xí)場(chǎng)地，利用南方單基站CORS對(duì)全校進(jìn)行了整體控制和原有控制點(diǎn)恢復(fù).

利用南方單基站CORS對(duì)全校進(jìn)行了整體控制，布設(shè)了23個(gè)控制點(diǎn)，并且同時(shí)利用GPS靜態(tài)定位獲取了原有控制點(diǎn)坐標(biāo).通過(guò)對(duì)GPS和CORS測(cè)量的坐標(biāo)，對(duì)比分析得出南方單基站CORS獲取的坐標(biāo)精度較高，能夠滿足校園工程建設(shè)和實(shí)習(xí)場(chǎng)地測(cè)量精度要求.

1 南方單基站CORS的發(fā)展和現(xiàn)狀

1.1 GPS RTK定位原理

GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)至少包含兩臺(tái)GPS接收機(jī)，其中有一臺(tái)安置在基準(zhǔn)站上，另外的接收機(jī)分別安置在不同的流動(dòng)站上.基站站要安置在測(cè)區(qū)較高地方，而且要求觀測(cè)條件良好、周圍無(wú)遮擋物，在作業(yè)過(guò)程中實(shí)時(shí)向用戶流動(dòng)站傳輸坐標(biāo)解算參數(shù)[1,5]，具體工作原理圖如如圖1所示.

圖1 GPS RTK測(cè)量原理圖

1.2 GPS RTK定位分析

1.2.1 RTK測(cè)量主要技術(shù)要求

(1)定位中誤差相對(duì)于起算點(diǎn)來(lái)說(shuō)不得超過(guò)±5cm；

(2)同一地區(qū)布設(shè)3個(gè)以上的RTK控制點(diǎn)；

(3)平面控制點(diǎn)應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行外業(yè)校核，南方GPS接收機(jī)可以采用三點(diǎn)校正求取七參數(shù)方法和單點(diǎn)校正.

1.2.2 RTK測(cè)量誤差

GPS RTK在測(cè)量過(guò)程中受到衛(wèi)星信號(hào)、傳播路徑、與GPS基準(zhǔn)站之間距離以及無(wú)線電傳輸信號(hào)強(qiáng)度等誤差影響.

1.3 CORS系統(tǒng)建立

由于GPS衛(wèi)星信號(hào)誤差來(lái)源，以及RTK在使用過(guò)程中需要的控制點(diǎn)數(shù)量等情況，導(dǎo)致定位測(cè)量過(guò)程中不僅影響了定位精度而且降低了工作效率.針對(duì)以上原因國(guó)家建立了一系列連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)簡(jiǎn)稱CORS站.CORS站的建立提高了測(cè)量定位精度、節(jié)約了測(cè)量成本、提高了測(cè)量效率；可以對(duì)工程建設(shè)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，能夠快速預(yù)測(cè)出工程變形；CORS站是未來(lái)城市發(fā)展建設(shè)信息化的重要組成部分，可以對(duì)城市空間信息由原來(lái)的空間位置提升到城市空間數(shù)字化[4-6].

1.4 南方單基站CORS系統(tǒng)

1.4.1 單基站CORS系統(tǒng)原理(圖2)

單基站CORS系統(tǒng)工作原理可以認(rèn)為只有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站.類似于GPS RTK測(cè)量過(guò)程的1+1或者1+n工作模式，唯一的區(qū)別就是CORS系統(tǒng)由一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站代替了GPS RTK測(cè)量的基準(zhǔn)站.連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站包含一個(gè)控制軟件和服務(wù)器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控衛(wèi)星的狀態(tài)，存儲(chǔ)和發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，以及同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)差分服務(wù)和用戶管理[7-8].

圖2 CORS系統(tǒng)的原理

1.4.2 CORS系統(tǒng)建設(shè)

基準(zhǔn)站由觀測(cè)墩(圖3)和儀器室兩部分構(gòu)成.我校建設(shè)的南方單基站CORS系統(tǒng)觀測(cè)墩建立于2號(hào)樓樓頂，儀器室在屋頂下面的實(shí)驗(yàn)室，能夠提供全天的電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào).

圖3 觀測(cè)墩

1.4.3 CORS系統(tǒng)連接

目前最常見(jiàn)的上網(wǎng)方式為ADSL，ADSL可以是專線方式(靜態(tài)地址)，虛擬撥號(hào)方式(動(dòng)態(tài)地址).使用網(wǎng)絡(luò)又可分為ADSL直連internet和通過(guò)局域網(wǎng)連接internet.南方CORS服務(wù)器連接在局域網(wǎng)內(nèi)，需將SOUTH CORS的內(nèi)網(wǎng)IP 192.168.1.11影射到外網(wǎng)IP 121.33.243.70，即在路由器上要設(shè)置虛擬服務(wù)器影射192.168.1.11，這樣外網(wǎng)才可訪問(wèn)SOUTH CORS[8].

2 學(xué)?？刂凭W(wǎng)復(fù)測(cè)

校園控制網(wǎng)的恢復(fù)測(cè)量工作主要是利用南方單基站CORS系統(tǒng)，對(duì)校園內(nèi)的控制點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)量.并且利用南方GPS靜態(tài)觀測(cè)處理的結(jié)果和GPS RTK測(cè)量的結(jié)果與CORS系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果對(duì)比分析，具體的觀測(cè)成果和分析結(jié)果如下.

2.1 GPS靜態(tài)坐標(biāo)測(cè)量

選擇天氣晴朗的一天，利用4臺(tái)南方靈銳S86 GPS接收機(jī)對(duì)校園內(nèi)保存完整的控制點(diǎn)與城市控制點(diǎn)坐標(biāo)聯(lián)測(cè)，得到原有控制點(diǎn)的坐標(biāo).獲取校園控制點(diǎn)在城市坐標(biāo)下的三維坐標(biāo)，依據(jù)全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程的要求，控制網(wǎng)最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差和最弱邊相對(duì)中誤差均達(dá)到了GPS控制網(wǎng)的精度指標(biāo)(表1).

2.2 GPS RTK坐標(biāo)測(cè)量

南方GPS接收機(jī)設(shè)置成基準(zhǔn)站和RTK移動(dòng)站模式，根據(jù)校園GPS控制網(wǎng)，利用KZ1、 KZ5、KZ8三點(diǎn)求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，把WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成城市坐標(biāo).利用RTK對(duì)校園GPS原控制網(wǎng)中保存較完好的點(diǎn)逐一進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)保存每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，觀測(cè)完畢進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并且與GPS靜態(tài)結(jié)果對(duì)比分析分析(表2).

表1 保存完整控制點(diǎn)坐標(biāo)

表2 GPS RTK測(cè)量成果與靜態(tài)測(cè)量分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)GPS RTK測(cè)量的坐標(biāo)與靜態(tài)測(cè)量的坐標(biāo)分析，可以得出相對(duì)誤差最大25mm，最小6mm，平均誤差X方向20mm，Y方向誤差為17mm.

2.3 CORS系統(tǒng)坐標(biāo)測(cè)量

利用南方CORS系統(tǒng)對(duì)校園內(nèi)布設(shè)的GPS控制網(wǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)觀測(cè)，并且保存觀測(cè)成果.觀測(cè)完畢進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理.南方CORS觀測(cè)成果分別與校園GPS靜態(tài)成果和GPS RTK測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較.具體結(jié)果見(jiàn)表3和表4.

表3 南方CORS系統(tǒng)測(cè)量成果與靜態(tài)測(cè)量分析結(jié)果

表4 南方CORS系統(tǒng)測(cè)量成果與

通過(guò)對(duì)南方CORS系統(tǒng)測(cè)量的坐標(biāo)與靜態(tài)測(cè)量的坐標(biāo)分析，可以得出相對(duì)誤差最大22mm，最小12mm，平均誤差X方向16mm，Y方向誤差為17mm；與GPSRTK測(cè)量精度對(duì)比分析，由于所測(cè)的區(qū)域面積有限，兩種RTK測(cè)量精度基本一致.

南方GPS RTK和CORS系統(tǒng)兩套方案測(cè)量的部分控制點(diǎn)的坐標(biāo)與靜態(tài)控制點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比分析可以得出，坐標(biāo)差值的相對(duì)誤差都較小，平面X方向坐標(biāo)相對(duì)誤差均在25mm之內(nèi)，Y方向坐標(biāo)相對(duì)誤差均在20mm之內(nèi).這一精度能夠滿足測(cè)繪及相關(guān)專業(yè)的導(dǎo)線測(cè)量、圖根控制和大比例尺數(shù)字化測(cè)圖的精度要求.

3 結(jié)論

(1)本文主要利用南方單基站CORS對(duì)校園GPS控制網(wǎng)內(nèi)的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，分析了兩種方案測(cè)量坐標(biāo)的精度，以此來(lái)檢驗(yàn)?zāi)戏絾位綜ORS系統(tǒng)的測(cè)量精度，穩(wěn)定性，可靠性.經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)結(jié)果可以得出南方單基站CORS系統(tǒng)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，精度高，擴(kuò)大了作業(yè)范圍，用來(lái)恢復(fù)校園內(nèi)的控制網(wǎng)節(jié)省了人力、物力和財(cái)力.

(2)通過(guò)對(duì)校園控制網(wǎng)進(jìn)行了坐標(biāo)復(fù)測(cè)可以得出，坐標(biāo)相對(duì)誤差都在25mm之內(nèi)，新建控制網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)精度完全滿足了校園測(cè)量實(shí)習(xí)和學(xué)校操場(chǎng)建設(shè)的精度要求.

(3)校園GPS控制網(wǎng)點(diǎn)在使用過(guò)程中由于基礎(chǔ)建設(shè)和人為原因，經(jīng)常導(dǎo)致點(diǎn)位破壞或者數(shù)量減少，可以利用南方單基站對(duì)校園內(nèi)點(diǎn)位坐標(biāo)進(jìn)行恢復(fù)或者重新改造校園控制網(wǎng).

[1] 劉經(jīng)南,劉暉.連續(xù)運(yùn)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(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版,2003(6):259-264.

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