溫州市大門大橋施工中網(wǎng)絡(luò)單基站CORS技術(shù)應(yīng)用

趙站楊

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州450053）

隨著GPS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息化的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)單基站CORS技術(shù)已被廣泛用于橋梁測量放樣中。建設(shè)GNSS連續(xù)運行參考站網(wǎng)形成連續(xù)運行衛(wèi)星服務(wù)系統(tǒng)已成為GPS發(fā)展在工程施工中應(yīng)用的熱點之一，CORS系統(tǒng)是一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通訊和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供GPS觀測值，狀態(tài)信息以及GPS相關(guān)服務(wù)項目系統(tǒng)。

1 工程概況

溫州市大門大橋工程起于樂清市翁垟鎮(zhèn)第二中學南側(cè)，連接規(guī)劃柳（市）翁（垟）公路，向東跨越灘涂及沙頭水道，在小門島西側(cè)南端角隅登陸，終點位于溫州市石化產(chǎn)業(yè)基地以及溫州港三大樞紐港之一的大小門島。線路全線7.656km。其中大門大橋長6.155km，主橋為（135＋316＋135）m雙塔雙索面PC梁斜拉橋。工程主線采用四車道一級公路建設(shè)標準。設(shè)計行車速度80km／h，橋面寬度為標準雙向四車道＋兩側(cè)3.5m管線區(qū)，主橋橋面寬32.2m，引橋橋面寬31m，路基寬度24.5m，總投資約20.36億元。

2 參考站的建設(shè)和設(shè)計

2.1 參考站的設(shè)計

連續(xù)運行GPS測量服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)充分考慮工程的具體需要和施工區(qū)域的客觀條件，確保工程設(shè)計、施工和今后運營管理階段各項測繪、定位和監(jiān)測等工作的服務(wù)需要，系統(tǒng)應(yīng)做到連續(xù)、可靠、高精度、多功能。采用現(xiàn)代通訊、計算機網(wǎng)絡(luò)、GPS等技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計方案，構(gòu)建一個通用性的連續(xù)運行GPS測量服務(wù)系統(tǒng)，在整個工程范圍內(nèi)提供高精度定位、RTK測量等服務(wù)。

由于測量儀器品牌、型號不統(tǒng)一，給測控中心建設(shè)參考站帶來一定的困難。綜合考慮，采用目前流行的GPRS通訊模式，實現(xiàn)任何品牌、型號GPS測量儀器的兼容。為此，參考站要使用一套數(shù)據(jù)播發(fā)軟件，施工單位的流動站增加一個GPRS通訊模塊。在保證系統(tǒng)安全的前提下采用國際通用的系統(tǒng)規(guī)范和傳輸協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享服務(wù)功能。

系統(tǒng)設(shè)備建成后，在大橋工程區(qū)域內(nèi)，全天24h播發(fā)定位信息，利用一臺GPS測量型接收機進行工程各級控制點測量（非全蔭蔽區(qū)），實時精度要求達到2cm內(nèi)，后處理精度達到5mm內(nèi)。在有效定位信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，滿足非全蔭蔽區(qū)工程測量、實時定位等的要求。與多種實時用戶數(shù)據(jù)中心連接，完成系統(tǒng)信息的實時廣播，即可以采用GPRS或UHF電臺技術(shù)向系統(tǒng)有效覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶進行差分修正信息的廣播，同時考慮系統(tǒng)擴展性，在整個系統(tǒng)完全建成后可以實現(xiàn)向工程區(qū)域內(nèi)播發(fā)差分修正信息。通過Internet或其他手段，實現(xiàn)向工程建設(shè)單位、監(jiān)理單位提供事后精密定位服務(wù)的功能。能夠為其他行業(yè)或部門提供相關(guān)服務(wù)及科學研究，例如，導航、授時、氣象、地震等。系統(tǒng)安全性良好，能夠有效抵御天氣等外界因素對系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的影響，同時防止他人對網(wǎng)絡(luò)進行攻擊、破壞系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.2 參考站的建設(shè)

2.2.1 站址的選擇

連續(xù)運行GPS測量服務(wù)系統(tǒng)的主要功能之一是實現(xiàn)覆蓋整個工程區(qū)域內(nèi)的RTK測量信息，這種測量方法的關(guān)鍵是求解整周模糊度初始化，并始終保持整周模糊度。因此RTK測量除要求有足夠數(shù)量衛(wèi)星外，還要求參考站與流動站間的數(shù)據(jù)通信必須良好。

基準站宜設(shè)置在視野開闊、地勢較高、地基穩(wěn)定橋位測區(qū)內(nèi)。基準站 WGS－84坐標的中誤差應(yīng)不大于±1.0m。基準站上空5°～15°高度角范圍內(nèi)不能有成片的遮擋物?；鶞收局車?00m的范圍內(nèi)不能有強電磁波干擾源?；鶞收緫?yīng)遠離電磁波信號反射強烈的地形、地物和大面積水面。流動站和基準站間的距離不大于15km。

橋位區(qū)建立一個參考站系統(tǒng)，保證在橋位跨海區(qū)域內(nèi)任何一點均有RTK信號覆蓋。目前一般雙頻GPS接收機的RTK作用距離都可以達到15km以上，且大門大橋跨水域距離約為6km。精度實現(xiàn)厘米級實時測量與定位。根據(jù)現(xiàn)場的考察，結(jié)合選址原則，利用2號首級控制網(wǎng)點，做為大橋連續(xù)運行的參考站站址，見圖1。

圖1 大橋參考站選址示意圖

2.2.2 基本設(shè)備及配置

Trimble連續(xù)運行參考站——單基站設(shè)備配置要求:①單基站:采用Trimble NET R5等；②Trimble單基站差分軟件（GPSNet）

計算機系統(tǒng):Microsoft Windows 2000，Service Pack2or later；Windows XP Professional；Pentium III PC with 1.6GHz Processor；512MB RAM；20G hard disk；USB or parallel port for licensing.

網(wǎng)絡(luò)通訊:需要一級域名（即固定IP地址）；參考站墩標建設(shè):根據(jù)各參考站選址情況，首級網(wǎng)控制點采用強制對中墩最為合適；

避雷系統(tǒng):為了防范雷電的破壞，必須使用避雷針（避雷器）和電涌保護器保護系統(tǒng)；

單基站控制中心軟件采用Trimble差分軟件進行管理，這是系統(tǒng)運行的核心。

2.2.3 終端流動站

流動站是系統(tǒng)的應(yīng)用終端，只要支持移動通訊并能接收 CMR、CMR＋、RTCM3.0或 RTCM2.3中任一種格式的流動站產(chǎn)品，都可加入該連續(xù)運行參考站系統(tǒng)?？刂浦行呐c流動站之間的數(shù)據(jù)通訊可選擇GPRS或電臺等通訊手段。

2.2.4 參考站管理

參考站采用有人看管、無人值守，全自動運行方式。所有參考站均由控制中心監(jiān)控運行。參考站應(yīng)由專人管理，保證參考站設(shè)備的安全，控制中心應(yīng)派人定期巡視檢查。設(shè)備出現(xiàn)故障時，控制中心應(yīng)及時派技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場解決問題。

2.2.5 系統(tǒng)的擴展

有了單基站系統(tǒng)，系統(tǒng)可升級到Trimble VRS，進行網(wǎng)絡(luò)RTK／RTD應(yīng)用，擴大作業(yè)范圍，增強系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，將以工程為中心的參考站擴大到一個地區(qū)、一個省甚至更大的范圍。系統(tǒng)將使流動站用戶在70km范圍內(nèi)三角網(wǎng)里任意一點實現(xiàn)RTK厘米級定位。

3 網(wǎng)絡(luò)單基站CORS系統(tǒng)實時定位精度分析

利用流動站每5個歷元的觀測數(shù)據(jù)解算得到流動站坐標，為檢驗系統(tǒng)的定位精度、穩(wěn)定性及可靠性提供保證。系統(tǒng)精度檢驗采取坐標比較方式，即已知坐標為理論值，利用觀測值與理論值的差值進行分析。在CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)選取6個高精度坐標的已知點，對其中4個加密點進行GPS實時定位測量。

檢測的數(shù)據(jù)見表1，從檢測的數(shù)據(jù)來看，△X最大值為16mm，最小值為1mm，△Y最大值為12 mm，最小值為1mm，△Z最大值為20mm，最小值為0mm，符合RTK測量精度滿足施工要求。

表1 試驗檢測值與設(shè)計坐標比較

4 結(jié)束語

通過對溫州市大門大橋一期工程GPS NET參考站的建立和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在橋梁下部施工中的放樣精度完全滿足橋梁施工的要求，達到設(shè)計預期精度。為大橋順利施工提供了強有力的技術(shù)保障。單基站CORS系統(tǒng)無論是在測量精度、測量效率、測量的靈活性都具有較大的優(yōu)越性，自該系統(tǒng)投入使用以來，在日常生產(chǎn)測量中，特別是在放樣工作中發(fā)揮著重要的作用，不僅提高了測量的工作效率，而且降低了勞動強度。由于CORS RTK采集的各點均為獨立觀測，缺乏必要的檢核條件，從而出現(xiàn)“假固定”現(xiàn)象，即屏幕上顯示滿足精度要求的固定解，但實際測量的坐標值是錯誤的，因此在測量中，必須進行可靠性檢查，在使用CORS RTK進行控制測量時，在不同時段觀測次數(shù)要兩次以上，每次初始化結(jié)果與野外測量結(jié)果進行比對，對比值小于規(guī)范規(guī)定，根據(jù)兩次觀測差值求觀測中誤差，由中誤差判斷CORS RTK的精度。

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