牡丹江市單CORS站的建立與應(yīng)用研究

郭井剛

摘 要：結(jié)合具體的工程實踐，總結(jié)牡丹江市單基站CORS的建設(shè)和應(yīng)用情況，研究基站的選擇與設(shè)立，網(wǎng)絡(luò)RTK模型的建立，然后對系統(tǒng)作業(yè)距離和系統(tǒng)的精度以及整體的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，提出單基站CORS建設(shè)和應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：單基站CORS；網(wǎng)絡(luò)RTK；城市測量；精度檢測

引言

隨著GPS技術(shù)的日益成熟和通訊技術(shù)、信息技術(shù)與計算機技術(shù)的快速發(fā)展，目前在我國已有不少區(qū)域和城市建立了多基站連續(xù)運行GPS基準(zhǔn)站系統(tǒng)（簡稱CORS），但是由于動輒幾百萬甚至是上千萬的資金投入，相對于那些受到自然條件和經(jīng)濟條件限制的中小型城市而言，顯然是無法在短時間內(nèi)建立起一套完整的CORS系統(tǒng)的，對于能建立起來的也是一種資源的浪費，因為投入和回報太不成比例。但是單基站連續(xù)運行GPS基準(zhǔn)站系統(tǒng)（簡稱單基站CORS）資金投入較少，而且布設(shè)靈活，結(jié)構(gòu)簡單，易于后期的維護和管理，不僅可以獨立的使用，還可以隨時升級并網(wǎng)為多基準(zhǔn)站連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)網(wǎng)系統(tǒng)，可以為中小型城市中的測繪工程提供足夠精度的實時定位服務(wù)，大大的解決了資金投入與迫在眉睫的實際需要問題。下面針對牡丹江市單COSR站的建立具體的談一談應(yīng)用心得和實際體會。

1 單基站CORS的設(shè)計與建設(shè)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

單基站CORS系統(tǒng)由GPS參考站（基站），數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)通信模塊和流動站組成?；景℅PS接收機，天線，避雷針，電源，數(shù)據(jù)服務(wù)器既是控制中心又是數(shù)據(jù)中心，分托管型和非托管型，托管型由供應(yīng)商提供和維護，非托管型要建立獨立的數(shù)據(jù)服務(wù)器，基站與服務(wù)器相連。牡丹江市CORS采用的是非托管型服務(wù)器，系統(tǒng)基站采用的是拓普康GPS7400接收機，網(wǎng)絡(luò)通信采用GPRS/CDMA/EDGE數(shù)傳終端模塊。

1.2 基準(zhǔn)站的選擇與建立

眾所周知RTK固定解的精度與出解時間與基站架設(shè)的位置有直接的關(guān)系，所以為了日常工作的效率以及成果的精度，我們的基準(zhǔn)站架設(shè)地點應(yīng)該選在易于安裝接收設(shè)備且視野開闊的地方，周圍高度角15度以上應(yīng)該沒有任何的障礙物，以避免GPS信號被遮擋，同時附近不能有強電磁場或信號發(fā)射源，另外還要避開多路徑效應(yīng)的影響，一定不能架設(shè)在大面積的水域周圍，避開鐵路和公路等易產(chǎn)生震動的地點和地質(zhì)構(gòu)造相對不穩(wěn)定的區(qū)域，并且保證基準(zhǔn)站周圍有安全可靠的電源及通信系統(tǒng)，便于接入通信網(wǎng)絡(luò)；同時所處地點應(yīng)該交通便利，便于以后的保養(yǎng)維護或后續(xù)的維修升級等。本著以上的原則和牡丹江的具體實際情況，CORS站選在了緊鄰測繪院旁一個五層公建的樓頂，一是此樓頂為周圍最高的建筑物，二是離本單位很近便于后續(xù)使用與保養(yǎng)維護。控制點為永久性標(biāo)志，觀測墩為半永久性鐵質(zhì)柱狀觀測墩。

1.3 基站點的施測

牡丹江市單基站CORS基站點的平面位置按D級GPS精度，高程按四等水準(zhǔn)精度要求施測。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1979年牡丹江城市坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用1956年黃海高程系統(tǒng)。平面控制采用GPS靜態(tài)測量，采用邊連式構(gòu)網(wǎng)，使用6臺華測GPS接收機同步觀測多個時段，聯(lián)測城市三等控制點四個，經(jīng)華測GPS解算軟件解算平差后，各項精度指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。高程控制利用基站周邊牡丹江城市內(nèi)的二個國家一等水準(zhǔn)點做為起算數(shù)據(jù)，利用三角高程代替四等水準(zhǔn)的測量方法聯(lián)測了新布設(shè)的控制點和四個城市三等點及基站點，聯(lián)測成果滿足四等水準(zhǔn)測量規(guī)范精度的要求。以上控制測量中所采用的儀器均在檢定有效期內(nèi)。

1.4 單基站CORS RTK模型的建立

本系統(tǒng)按GPS衛(wèi)星定位確定的位置是當(dāng)?shù)氐匦膮⒖伎蚣芟碌淖鴺?biāo)，系統(tǒng)要把在整個地區(qū)的動態(tài)地心框架下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成滿足測繪和規(guī)劃工程的地方獨立坐標(biāo)系中，因此就需要在二者之間建立一種嚴(yán)密的邏輯轉(zhuǎn)換關(guān)系，這就需要求解出轉(zhuǎn)換的七參數(shù)，所以我們將控制點的WGS84和地方坐標(biāo)及高程成果導(dǎo)入GPS手簿內(nèi)自動解算出七參數(shù)，并且要保證所采用的控制點在平原地區(qū)與山丘地區(qū)均勻的分布，為了保證不同區(qū)域的接邊精度，必須在接邊處布設(shè)足夠的控制點，并把這些點應(yīng)用到解算參數(shù)的過程中。所采用的控制點盡量的要多，高程擬合采用的已知點高程均為水準(zhǔn)高程，以保證求解參數(shù)的準(zhǔn)確性。從后續(xù)數(shù)據(jù)來看，牡丹江建立的模型滿足各項指標(biāo)的要求。

2 單基站CORS系統(tǒng)的運行與測試

從牡丹江單基站CORS系統(tǒng)的籌備，建設(shè)到完成階段，總共經(jīng)歷了大概1個月的時間。為了驗證和評價系統(tǒng)的可靠性。作業(yè)范圍和作業(yè)精度等主要的指標(biāo)，在系統(tǒng)建成后進(jìn)行了試運行?；鶞?zhǔn)站24小時連續(xù)運行工作沒有發(fā)生故障，只有移動站在網(wǎng)絡(luò)不好的地區(qū)出現(xiàn)無解的情況，但這是網(wǎng)絡(luò)造成的原因，與基準(zhǔn)站本身沒有關(guān)系，下面具體從系統(tǒng)作業(yè)的距離與精度進(jìn)行測試。

2.1 系統(tǒng)作業(yè)距離測試

在系統(tǒng)試運行期間，分別在距牡丹江周邊的樺林，柴河和磨刀石等地對系統(tǒng)進(jìn)行了測試。移動站在20公里內(nèi)能夠快速的達(dá)到固定解，在25公里處也能達(dá)到固定解，到30公里以上有明顯的延遲現(xiàn)象。但這個距離已經(jīng)足夠滿足牡丹江市城區(qū)范圍內(nèi)的測繪工程，對于單基站的系統(tǒng)，作業(yè)距離還是很好的。

2.2 系統(tǒng)精度的檢測

牡丹江單基站CORS精度檢測采用城市內(nèi)已有的控制點進(jìn)行檢測，檢測點在整個區(qū)域內(nèi)保證均勻分布，每一個有代表性的區(qū)域都有點位，最小作業(yè)半徑2.1千米，最大的作業(yè)半徑31.5千米。共有5個C級GPS點和15個D級GPS點參與了檢測。檢測結(jié)構(gòu)見表1，點位中誤差0.0193米，高程中誤差0.0231米，從結(jié)果可以看出來，在基準(zhǔn)站正常工作的范圍內(nèi)，利用單基站CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK模型所得到的測量成果完全可以滿足規(guī)范的要求。證明了系統(tǒng)的正確性和可靠性。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

牡丹江單基站CORS系統(tǒng)建立前，市內(nèi)的工程測量均采用常規(guī)的測量方法進(jìn)行，在每個工程開始前，先要在首級控制基礎(chǔ)上進(jìn)行一、二級導(dǎo)線的布設(shè)，最后根據(jù)工程需要加密圖根點，共需要進(jìn)行三級布網(wǎng)。而采用了單基站CORS RTK測量后，則可在四等網(wǎng)的基礎(chǔ)上直接加密圖根點，節(jié)省了大量的寶貴時間，并且減少了誤差的傳播，提高了整個工程的測設(shè)精度。下面以具體工程為實例：牡丹江市江南新區(qū)對俄經(jīng)濟貿(mào)易園區(qū)大概占地10平方公里，至少需布設(shè)約640個圖根點。如果按照傳統(tǒng)的全站儀布測大約需要10天左右的時間，需要2個選點人員與3個測量人員；若采用一臺RTK，則只需要5天左右時間即可完成，需要1個選點人員與1個測量人員。再以定線測量和撥地測量為例，傳統(tǒng)的方法需要至少3人進(jìn)行作業(yè)，而使用RTK測量以后只需要一個人即可完成。從以上舉的2個實例我們不難發(fā)現(xiàn)，單基站CORS系統(tǒng)投入使用以后大大的節(jié)約了測量外業(yè)的作業(yè)時間，節(jié)省了測量技術(shù)人員的投入使用，測量的成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于以前的水平。這都是單基站CORS RTK給我們帶來的巨大效益。

4 結(jié)束語

牡丹江單基站COSR系統(tǒng)的建立雖然投入較少，但滿足了當(dāng)?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務(wù)的需要，施工短，見效快，靈活性強，便于以后的升級和擴展。建立起來以后使用率非常的高，而且極大的減輕了測量外業(yè)人員的勞動強度。隨著GPS接收機價格的降低，通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷改善，特別是手機4G業(yè)務(wù)的日益成熟，單基站CORS系統(tǒng)在中小區(qū)域中將會更加發(fā)揮它的巨大作用。