單基準站CORS系統(tǒng)在水利工程觀測中的運用

黃春華 徐冰凌 于洪亮

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚州 225200）

0 引言

隨著GPS 技術在測量領域內應用的不斷深化，以及各行業(yè)用戶對GPS 測量提出了越來越高的要求，近些年很多城市或地區(qū)開始建立專門服務于本地區(qū)的GPS 連續(xù)運行參考站網絡系統(tǒng)［1］，給基礎測繪、整個城市的空間信息數字化和地質災害監(jiān)測等工作注入了新的動力。然而，這些GPS 連續(xù)運行參考站系統(tǒng)一般要求整個網絡系統(tǒng)中至少有4 臺長期運行的GPS 參考站型接收機［2］，復雜的網絡數據傳輸系統(tǒng)和數據處理軟件系統(tǒng)，其投資巨大、審批建設周期漫長、系統(tǒng)維護費用高昂。雖然這樣的網絡GPS 系統(tǒng)給用戶所提供的服務空間范圍比較大，服務種類也更加多樣，但對于很多想體驗GPS 連續(xù)運行參考站給GPS 測量帶來諸多便利性的中小用戶而言，無疑門檻太高。針對這種情況，江都水利樞紐按照現代化的需要，參考現代GPS 熱點應用，結合本單位的實際情況，建立了一套單基準站的CORS 系統(tǒng)，新系統(tǒng)應用后，解放了大量的人力物力，測繪速度和精度與原系統(tǒng)相比有了較大的提高。

1 單基準站CORS 系統(tǒng)簡介

單基準站CORS 系統(tǒng)由基準站、數據服務器、系統(tǒng)控制中心、移動站四個部分組成?；鶞收九c用戶應用系統(tǒng)通過數據傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用的網絡。在衛(wèi)星定位信號的有效覆蓋區(qū)域內，可提供GPS 實時測量，滿足非蔭蔽區(qū)日常工程觀測工作以及地籍、規(guī)劃等要求。系統(tǒng)采用了基于TCP/IP 的網絡通信技術，進行RTCM-SC104 標準格式或CMR 格式RTK 差分廣播。系統(tǒng)流動站GPS 接收機使用藍牙GPRS［3］手機數據服務訪問參考站的RTK 差分改正數據。單基準站系統(tǒng)有效覆蓋半徑可達25 km。

江都水利樞紐所屬水利工程相對集中，以江都站為中心，25 km 范圍內已完全涵蓋了所有的工程，根據這個控制范圍要求和儀器長距離RTK 的作用距離，我們考慮在江都一站主廠房屋頂架設一臺CORS 基準站就可以達到要求。

2 江都水利樞紐單基準站CORS系統(tǒng)設計

2.1 基準站部分

主要是一臺IRTK 長距離RTK接收機［4］。GPS 接收機使用GSM 數據鏈，通過GPRS 方式登陸到數據服務中心，然后將差分數據發(fā)送到數據服務中心。用戶使用時要將儀器設置為內置GPRS 基準站模式發(fā)送數據。GPRS 通訊需要開通中國移動使用GPRS 數據通訊業(yè)務，只要有一張SIM 卡，到營業(yè)廳開通數據的包月服務，一般20 元/月左右，就可以利用其進行數據傳輸，實現用移動公司發(fā)射塔來替代原來的移動站和基準站的電臺。GPRS 的傳輸不受距離限制，而且抗干擾能力強，即使在城市中有高大建筑物阻擋的情況下，其信號的發(fā)送、接收效果也很好。

2.2 數據服務器部分

包括一臺可以上網的電腦以及在電腦上運行的服務器軟件，該軟件的功能主要包括三個方面：管理登陸的接收機；接收基準站和移動站的數據；由系統(tǒng)控制中心根據移動站的位置選擇合適的基站數據依靠GPRS信號轉發(fā)給移動站。GPRS 模塊與數據服務器之間利用Internet 網絡聯(lián)系，基準站首先通過GPRS 將數據發(fā)送到Internet 網絡，然后到達數據服務器，數據服務器的數據也是先傳給Internet 網絡，然后到達每個有GRPS收發(fā)設備的移動站終端。相比較而言，常規(guī)的RTK 測量中，基準站必須通過電臺發(fā)送差分數據給移動站，江都水利樞紐的單基準站CORS 系統(tǒng)網絡也不例外，只不過數據首先通過服務器發(fā)送數據給服務中心，然后通過數據服務中心發(fā)送給移動站，中間增加了接收、處理、轉發(fā)的過程。差分數據發(fā)送的波特率以及格式和原有的常規(guī)RTK 沒有區(qū)別。一般以19200波特率發(fā)送，格式有RTCA、RTCM、CMR 等幾種，這些數據中一般都包括了基準站的位置信息和電離層對流層的載波相位改正數據。

2.3 系統(tǒng)的控制中心

接收各基準站數據，進行數據處理，形成多基準站差分定位用戶數據，組成一定格式的數據文件，分發(fā)給用戶。數據處理中心是單基準站CORS 的核心單元，也是高精度實時動態(tài)定位得以實現的關鍵所在。中心再連續(xù)不斷地根據基準站所采集的實時觀測數據在區(qū)域內進行整體建模解算，自動生成一個對應于流動站點位的虛擬參考站（包括基準站坐標和GPS 觀測值信息），同時通過現有的數據通信網絡和無線數據播發(fā)網，向各類需要測量和導航的用戶以國際通用格式提供載波相位差分修正信息，以便實時解算出流動站的精確點位。

2.4 移動站部分

包括一臺或者多臺GPS 接收機，使用GSM 數據鏈，通過GPRS 方式登陸數據服務器，以GGA 格式將自己的坐標信息發(fā)送給服務器，接收服務器發(fā)送來的差分改正數據進行實時定位采集，以完成精確定位的測繪任務。

2.5 坐標系統(tǒng)和高程

在建設區(qū)域參考站系統(tǒng)對平面坐標系統(tǒng)和高程的統(tǒng)一是非常重要的［5，6］，本系統(tǒng)采用的方法如下：

（1）使用當地的坐標系統(tǒng)，按照當地七參數統(tǒng)一數據解算依據；

（2）七參數的使用基本上解決了高程問題，高程系統(tǒng)使用85 國家高程系統(tǒng)；

（3）基準站的坐標為本地的坐標，通過七參數轉換為WGS84 坐標發(fā)射；

（4）移動站保持和基準站坐標系統(tǒng)統(tǒng)一，使用七參數轉換為當地坐標；

（5）其它型號的接收機接入時，利用七參數作為轉換參數輸入。

2.6 系統(tǒng)指標

系統(tǒng)指標見表1。

3 使用優(yōu)勢

由于城市建設速度加快，基礎設施建設對工程的觀測基點、控制點破壞較大，重新埋設及維護費用較高，若維護不到位，一般在5～8年需重新布設，至于在道路上的圖根控制點則消失更快，1年就基本被破壞，工程管理單位若重新布設，則需要花費大量的人力物力，最終往往重設的控制點精度還達不到要求，造成人力物力財力的巨大浪費。

表1 系統(tǒng)指標

江都水利樞紐單基準站CORS建立后，大大提高了工程日常測繪的效率，降低了測繪的勞動強度和成本，省去了大量的人力物力費用，節(jié)省各項測繪工程實施過程中約50% 的控制測量費用。隨著江都水利樞紐單基準站CORS 的建立和連續(xù)運行，在管理范圍內形成了一個以永久基站為控制點的網絡，可以對所屬的工程設施進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測。

單基準站CORS 系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)RTK 測量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢體現在：

（1）改進了初始化時間，擴大了有效工作的范圍；

（2）采用連續(xù)基站，用戶隨時可以觀測，使用方便，提高了工作效率；

（3）擁有完善的數據監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強差分作業(yè)的可靠性；

（4）用戶不需架設參考站，真正實現單機作業(yè)，減少了費用；

（5）使用固定可靠的數據鏈通訊方式，減少了噪聲干擾；

（6）提供遠程Internet 服務，實現了數據的共享；

（7）擴大了GPS 在動態(tài)領域的應用范圍；

（8）為江都水利樞紐現代化建設提供了新的契機。

4 結語

江都水利樞紐單基準站CORS系統(tǒng)不僅是一個動態(tài)的、連續(xù)的定位框架基準，同時也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的重要基礎設施，系統(tǒng)可在輻射區(qū)域內向用戶提供高精度、高可靠性、實時的定位信息，并實現工程測繪數據的完整統(tǒng)一，這將對江都水利樞紐現代化基礎地理信息系統(tǒng)的采集與應用體系產生深遠的影響。它不僅可以建立和維持樞紐測繪的基準框架，更可以全自動、全天候、實時提供高精度的空間和時間信息，成為工程建設、規(guī)劃、管理和決策的基礎。

［1］豐勇，郭毅.GPS 連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）原理及應用［J］.內蒙古科技大學學報，2010（04）.

［2］郭萬里，張永，王小剛，王建成.城市GPS 連續(xù)運行參考站網（CORS）應用綜述［J］.人民珠江，2008（01）.

［3］祁芳，劉暉.GPRS 技術在CORS系統(tǒng)中的應用［J］.全球定位系統(tǒng)，2003（09）：2-3.

［4］劉經南，劉暉.連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)——城市空間數據的基礎設施［J］.武漢大學學報（信息科學版），2003，28（3）：1-2.

［5］劉暉，時曉燕.深圳市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)的建立與試驗［J］.測繪通報，2003（9）：1-2.

［6］黃丁發(fā)，丁建偉，夏捷.差分GPS連續(xù)運行參考站（網）建設研究［J］.西南交通大學學報，2000（4）.