重慶某長江航道測量及精度分析研究

張濤

摘 要：本文基于筆者多年從事長江航道測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以基于CORS的長江某航道測量為研究對象，論文首先探討了CORS系統(tǒng)的工作原理和特點，進而對應(yīng)用實例進行了詳細的解析，包括數(shù)據(jù)的采集和精度分析的具體流程，全文是筆者長期工作實踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：CORS 重慶 航道 測量 精度

中圖分類號：U612 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0049-02

隨著三峽175 m蓄水的完成，長江航運迎來了新的發(fā)展高峰，同時也給重慶內(nèi)河航運發(fā)展贏得了歷史性機遇。然而重慶嘉陵江、烏江、小江等支流航道大多為三級通航能力以下的自然航道，通航能力比較有限，嚴(yán)重制約了上游地區(qū)和庫區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，因此航道的建設(shè)和維護成為了航運發(fā)展必須解決的首要目標(biāo)，而高效的測繪技術(shù)則是航道建設(shè)和維護的前提。伴隨現(xiàn)代測量技術(shù)的飛速進步，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）已成為現(xiàn)代測量的主要技術(shù)工具，同時以GPS為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也成為當(dāng)今測繪技術(shù)的主流，它在航運建設(shè)與發(fā)展中起到了不可磨滅的作用。本文主要介紹重慶地區(qū)性CORS系統(tǒng)-重慶市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CQGISS）在重慶地區(qū)內(nèi)河流域進行航道測量的應(yīng)用。

1 CORS系統(tǒng)簡介及CQGISS技術(shù)解讀

1.1 CORS系統(tǒng)簡介

連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，簡稱CORS系統(tǒng)）最早誕生于20世紀(jì)末，經(jīng)過十多年的不斷發(fā)展，CORS在解算方法和服務(wù)功能上得到了不斷的改善，已被廣泛地應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通運輸、國土監(jiān)測等領(lǐng)域中來。目前，國內(nèi)外已將CORS列為現(xiàn)代空間定位技術(shù)應(yīng)用的重點方向，我國部分地區(qū)已陸續(xù)建立了各自的省、市級CORS系統(tǒng)，加大推進CORS應(yīng)用的力度，不斷擴大其應(yīng)用的范圍。

CORS系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)發(fā)展的一種最新形式，它是建立于衛(wèi)星定位、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等技術(shù)的綜合運用，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)5個部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分為虛擬參考站（VRS）、區(qū)域改正參數(shù)（FKP）方法、主輔站技術(shù)（MAC）、改進的綜合誤差內(nèi)插法（MCBI）等。

1.2 CORS系統(tǒng)工作原理和特點

由基準(zhǔn)站網(wǎng)負責(zé)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并輸送至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)各基準(zhǔn)站所采集的實時觀測數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進行整體建模解算，自動生成一個對應(yīng)于流動站點位的虛擬參考站（包括基準(zhǔn)站坐標(biāo)和GPS觀測值信息）并通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類需要測量和導(dǎo)航的用戶以國際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息，從而實時解算出流動站的精確點位。

該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)RTK測量模式，主要體現(xiàn)在以下幾點。

（1）覆蓋范圍廣，不受地域或地形限制。（2）使用方便，無需架設(shè)參考站，實現(xiàn)單機作業(yè)，節(jié)約時間和經(jīng)費。（3）作業(yè)精度更高，相較于臨時基站可能引起的偏差可以有效避免。（4）使用現(xiàn)代通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，安全可靠。

1.3 CQGISS簡介及工作原理

重慶市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CQGISS）是區(qū)域性連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它由多個連續(xù)運行GPS基準(zhǔn)站（分布在渝北、長壽、巴南、合川、璧山等區(qū)縣）、數(shù)據(jù)處理中心、通信網(wǎng)絡(luò)組成。該系統(tǒng)由重慶市地理信息中心于2005年開始建設(shè)，到2009 年已初步具備重慶地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，已開始廣泛服務(wù)于國土資源測繪生產(chǎn)和城市規(guī)劃中。

CQGISS采用了主輔站技術(shù)（I-MAX）和虛擬參考站技術(shù)（VRS），由于VRS技術(shù)在可靠性以及技術(shù)成熟度上的優(yōu)勢，后期的大量運用中多采用VRS技術(shù)。虛擬參考站技術(shù)（VRS）工作原理：數(shù)據(jù)處理中心實時接收各參考站觀測數(shù)據(jù)，并接收用戶站的概略坐標(biāo)，在此坐標(biāo)處生成一個VRS（用戶站附近產(chǎn)生一個物理上不存在的虛擬參考站），利用參考站精確已知的坐標(biāo)和參考站實時觀測數(shù)據(jù)來對VRS位置的對流層延遲和電離層延遲建模，計算VRS虛擬觀測值，按照RTCM差分電文格式向用戶發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)原始觀測值或者改正數(shù)，從而實現(xiàn)高精度實時定位。

2 CQGISS在航道測量中的應(yīng)用

2.1 實例概況

本文以長江干道某55 km河道水下地形圖測量為工程背景（分幅示意圖如圖1所示），坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954北京坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1956黃海高程，測圖比例尺1∶2000。

2.2 應(yīng)用實例解析

2.2.1 儀器設(shè)備

野外數(shù)據(jù)采集采用中海達V8（單移動站）一臺，海鷹1601數(shù)字測深儀，專用測量船。

2.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)及參數(shù)轉(zhuǎn)換

目前，內(nèi)河測量坐標(biāo)系普遍采用的是1954北京坐標(biāo)系和1956黃海高程系統(tǒng)（或吳淞高程系統(tǒng)），由于受到對參數(shù)保密的限制，我們通過CQGISS系統(tǒng)使用單移動站采集的數(shù)據(jù)只能得到一個準(zhǔn)確的WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，還不是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的坐標(biāo)，因此涉及參數(shù)轉(zhuǎn)換的問題。解決的方案有兩種：一是將采集的數(shù)據(jù)全部發(fā)送給地理信息中心解算（事后處理模式），但該方案不能實時獲取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)；二是通過我段布設(shè)在長江沿岸的精密控制點（E級GPS點）求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，該方案只需在測區(qū)內(nèi)采集一個控制點即可計算出三參數(shù)（完全能滿足航道測量規(guī)范要求），然后通過單移動站即可實時獲取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。

2.2.3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用海鷹1601數(shù)字測深系統(tǒng)及中海達自由行數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集測量通常有橫斷面和縱斷面測量兩種模式，通常情況采用橫斷面測量能更好地反映河床地形。由于本次測量處于冬季水位較枯季節(jié)，受長江自身河道情況的限制，我們采用了縱斷面測量模式。

2.2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用自由行數(shù)據(jù)處理軟件對原始水深數(shù)據(jù)進行人工檢查，確認沒有出現(xiàn)假水深的情況下方可進行采深取樣，如有個別假水深通過測量過程記錄對原始數(shù)據(jù)進行判斷并修改，以使數(shù)據(jù)盡可能保證精度，最后以無驗潮模式通過改正得到南方CASS成圖系統(tǒng)需要的DAT原始數(shù)據(jù)文件。地形圖繪制采用南方CASS 2008成圖系統(tǒng)，全圖采用縱向分幅。

2.2.5 精度分析

為了驗證CQGISS系統(tǒng)在航道測量中能否達到相應(yīng)的航道測量規(guī)范要求，在本次測量任務(wù)中，我們利用傳統(tǒng)RTK測量模式作為對比。由于水下測量無法取得固定的公共點來做對比測量，同時水下和水上測量都是采用的同一套系統(tǒng)，并不存在系統(tǒng)誤差，因此選取了沿岸固定的地面點來作為公共點來做對比試驗。表1為通過對比得出的結(jié)果。

根據(jù)中誤差計算得平面：M中=19 mm<200 mm

高程：H中=12 mm<100 mm

通過上述計算結(jié)果可知，平面和高程中誤差完全滿足《水運工程測量規(guī)范》1∶2000地形圖精度要求，說明利用CQGISS方案進行常見的幾種大比例尺水下地形測量是可行的。

3 結(jié)語

通過上述案例可以看出，運用CORS這一網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)來實行常規(guī)測量已成為一種趨勢，不管是精度還是效率都比傳統(tǒng)RTK測量具有先天的優(yōu)勢。相信隨著重慶地區(qū)CORS測量系統(tǒng)的逐步成熟并完善，它將成為當(dāng)今測繪生產(chǎn)的優(yōu)先選擇。

參考文獻

[1] 張振勇，王剛.CORS系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗談[J].科技資訊，2013（3）：67-69.

[2] 陳中新，朱麗強.基于CORS系統(tǒng)的高精度GPS觀測數(shù)據(jù)的模擬研究[J].測繪科學(xué)，2012（1）：17-19.

[3] 鄭立平.港口鎮(zhèn)單參考站CORS系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用[J].測繪通報，2011（1）：43-45.

[4] 徐鳳喜，禹云亮，陳張平.海口市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（HK-CORS）精度測試[J].測繪與空間地理信息，2010（11）：2-3.

[5] 徐聲馨.GPS CORS技術(shù)在城市控制測量及地形測量中應(yīng)用方法研究[J].科技資訊，2013（3）：61.