宿州學(xué)院?jiǎn)位綜ORS系統(tǒng)的建立及應(yīng)用

戴洪寶，許繼影

（1.宿州學(xué)院 環(huán)境與測(cè)繪工程學(xué)院；2.宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CORS）在GPS技術(shù)的日臻成熟，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，儼然已經(jīng)成為了現(xiàn)代GPS的發(fā)展熱點(diǎn).CORS是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它的建立能夠滿足不同用戶的實(shí)時(shí)需求，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)精確定位和導(dǎo)航，在國(guó)土資源、土地利用、公路水利等方面都有著廣泛的應(yīng)用.相對(duì)于傳統(tǒng)的GPS-RTK測(cè)量方法，CORS不僅能夠獲得高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，還能夠擴(kuò)大定位服務(wù)范圍并保持精度的穩(wěn)定性.因?yàn)镃ORS本身采用多參考站技術(shù)，所以它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種系統(tǒng)誤差進(jìn)行更加合理的建模，還能夠有效地減弱以及消除用戶端載波相位觀測(cè)值中系統(tǒng)誤差的影響，正因這樣才使得整周末未知數(shù)結(jié)算能力得到提高從而實(shí)現(xiàn)更高的定位精度和效率[1-3].

由于受到經(jīng)濟(jì)條件和自然條件的限制，部分地區(qū)或城市短時(shí)期內(nèi)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)CORS系統(tǒng)的建立.在這樣的現(xiàn)實(shí)情況下，單基站CORS應(yīng)運(yùn)而生，它具有投入少、見(jiàn)效快、作業(yè)范圍較廣等特點(diǎn).同時(shí)系統(tǒng)之間有較好的兼容性，而且系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)展相對(duì)容易進(jìn)行，對(duì)于中小城市的信息化硬件設(shè)施要求能較輕松的滿足，能夠確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性.

本文主要就宿州學(xué)院?jiǎn)位綜ORS系統(tǒng)的建立與應(yīng)用情況進(jìn)行一定程度的研究，對(duì)于一些問(wèn)題及要求進(jìn)行一定程度的探討.

1 單基站CORS系統(tǒng)建設(shè)

1.1 基準(zhǔn)站布設(shè)

移動(dòng)站的固定解算受到移動(dòng)站和基準(zhǔn)站接收的公用衛(wèi)星數(shù)影響，并且基準(zhǔn)站位置的選擇要結(jié)合實(shí)地情況.最好選擇視野開(kāi)闊的易于永久保存的地點(diǎn).為充分接受GPS信號(hào)，基準(zhǔn)站高度角15°的區(qū)域應(yīng)無(wú)任何遮擋物.同時(shí)在其他方面必須符合基準(zhǔn)站建設(shè)要求.

結(jié)合以上所表述的原則及測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，在宿州學(xué)院選擇工科局樓頂架設(shè)基準(zhǔn)站，觀測(cè)墩布設(shè)永久性的觀測(cè)墩，控制點(diǎn)設(shè)定為永久性的標(biāo)志.

1.2 系統(tǒng)組成

單基站CORS系統(tǒng)的構(gòu)成包含GPS基準(zhǔn)站，控制中心，流動(dòng)站以及網(wǎng)絡(luò)通信模塊.宿州學(xué)院?jiǎn)位綜ORS系統(tǒng)基準(zhǔn)站及控制中心硬件設(shè)備主要有南方基準(zhǔn)站接收機(jī)，CR-3型號(hào)的扼流圈天線，供電電源，避雷針以及服務(wù)器等[4].本次單基站CORS系統(tǒng)建設(shè)的數(shù)據(jù)通信手段采用的是中國(guó)電信的ADSL寬帶，網(wǎng)絡(luò)通信采用固定IP地址.數(shù)據(jù)處理采用的是南方系列軟件，在測(cè)繪實(shí)驗(yàn)室安置基站服務(wù)器軟硬件系統(tǒng)，并有專業(yè)技術(shù)人員維護(hù).

2 單基站CORS系統(tǒng)精度實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)是以基準(zhǔn)站為中心，研究距離基準(zhǔn)站不同距離的范圍內(nèi)，通過(guò)單基站CORS測(cè)量得到的數(shù)據(jù)精度情況.此次的實(shí)驗(yàn)方案是以10公里為單位，選取4個(gè)距離區(qū)段，分別在不同的區(qū)段內(nèi)選取不同距離的試驗(yàn)點(diǎn)若干.實(shí)驗(yàn)步驟如下：在0-10km范圍內(nèi)，選定10個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，在10-20km范圍內(nèi)，選定6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，在20-30km內(nèi)，選定4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，最后，30km以外的范圍再選定2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，這樣每個(gè)區(qū)段里的點(diǎn)綜合起來(lái)，一共是22個(gè).首先通過(guò)靜態(tài)測(cè)量獲取試驗(yàn)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后使用單基站CORS測(cè)量試驗(yàn)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，最后比較兩坐標(biāo)中的x、y、h的差值.通過(guò)圖1、圖2、圖3可以直觀的展示X、Y差值分布情況.

圖1 X方向的坐標(biāo)差值分布

圖2 Y方向的坐標(biāo)差值分布

圖3 H方向的坐標(biāo)差值分布

2.2 數(shù)據(jù)分析

將我們所得的數(shù)據(jù)通過(guò)表1列出.由表格我們能夠很直觀的看出點(diǎn)的最大誤差是4cm，大概位置在距基站約36km處；最小誤差是1.2cm，大約距離基站300m.當(dāng)然，我們從x、y、h方向的坐標(biāo)差值分布圖，即圖1和圖2，也可以很清楚的發(fā)現(xiàn)，其測(cè)得的精度可以從曲線的平緩程度看出，曲線越是平緩其測(cè)得的精度就越高.以基準(zhǔn)站為中心，20km以內(nèi)的范圍，測(cè)得的x和y方向的精度能夠達(dá)到3cm，h方向的精度也可以保證在5cm范圍內(nèi).就是在30km以內(nèi)的范圍，x和y值的精度同樣也能達(dá)到5cm，這樣基本上對(duì)于一般性的測(cè)量工作都能實(shí)現(xiàn).當(dāng)試驗(yàn)點(diǎn)距基站距離太遠(yuǎn)時(shí)，例如在30km以外，這時(shí)影響接收信號(hào)的電離層和對(duì)流層對(duì)精度的干擾將會(huì)越來(lái)越明顯，致使x和y的差值迅速增大，這樣求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)是不能滿足完全覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)的.因此，對(duì)于單基站CORS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要保證其有較好的測(cè)量精度，在測(cè)量范圍這塊還是盡可能符合要求.

表1 外符合精度計(jì)算表

依據(jù)測(cè)量技術(shù)規(guī)范，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差和高程中誤差分別是：

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析，可以得出宿州學(xué)院一級(jí)控制點(diǎn)測(cè)量方法正確，一級(jí)控制點(diǎn)最終成果的點(diǎn)位精度能滿足相應(yīng)規(guī)范要求.

3 提高測(cè)量精度的方法研究

通過(guò)對(duì)單基站CORS系統(tǒng)精度的影響因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出了隨著測(cè)量范圍的擴(kuò)大，單基站CORS系統(tǒng)的精度就會(huì)隨之受到影響.現(xiàn)針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)中所得出的結(jié)論，對(duì)提高測(cè)量精度的方法進(jìn)行研究，主要考慮運(yùn)用的是七參數(shù)模型[5-7].

（1）在同一坐標(biāo)系統(tǒng)中大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型為

(2)由空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型為

假如需要地面點(diǎn)的平面和高程信息，則設(shè)（XDi,YDi,ZDi）為GPS控制點(diǎn)的參心坐標(biāo)；（XGi,YGi,ZGi）為控制點(diǎn)的地心坐標(biāo)，如果要實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，必需的參數(shù)有四個(gè)：①坐標(biāo)軸間的旋轉(zhuǎn)參數(shù)（εx,εy,εz）；②坐標(biāo)軸的尺度參數(shù) λ(λ 接近于 1），加上坐標(biāo)原點(diǎn)的位移（△X,△Y,△Z）.數(shù)學(xué)模型為

要確定這四個(gè)參數(shù)，那么就至少需要知道三個(gè)地面點(diǎn)的平面和高程信息，也就是它們分別在WGS-84和西安80或是北京54坐標(biāo)系下的坐標(biāo).通過(guò)這樣的方法計(jì)算出的轉(zhuǎn)換參數(shù)才能滿足覆蓋要測(cè)量區(qū)域的要求.

通過(guò)對(duì)七參數(shù)模型的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，能夠有效的保證CORS測(cè)量精度的穩(wěn)定性.這對(duì)于如今廣范圍、大面積使用單基站CORS來(lái)說(shuō)是個(gè)福音.相信隨著單基站CORS系統(tǒng)更加廣泛的使用，在提高其精度方面將會(huì)有更多的方式方法被發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造并得以實(shí)際應(yīng)用.

4 總結(jié)

作為現(xiàn)代GPS發(fā)展的熱點(diǎn)之一，CORS的優(yōu)越性是不可取代的.針對(duì)于宿州學(xué)院這樣的應(yīng)用型本科院校來(lái)說(shuō)，單基站CORS的建立對(duì)于測(cè)繪專業(yè)教學(xué)工作的開(kāi)展具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用意義.本文通過(guò)對(duì)單基站CORS的建立與應(yīng)用進(jìn)行研究，主要得出了以下結(jié)論：

（1）通過(guò)具體精度實(shí)驗(yàn)可以得到，距離因素對(duì)系統(tǒng)精度影響確實(shí)存在，測(cè)區(qū)距基站距離遠(yuǎn)近不同，精度方面就會(huì)出現(xiàn)明顯的高低變化.

（2）在系統(tǒng)建立試運(yùn)行證明確實(shí)可行后，將系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用.通過(guò)應(yīng)用的情況可以表明，該系統(tǒng)在系統(tǒng)作業(yè)效率，覆蓋范圍以及數(shù)據(jù)可靠性、安全性、穩(wěn)定性方面都很樂(lè)觀.

〔1〕李成鋼.基于多基站網(wǎng)絡(luò)的VRS技術(shù)及其誤差分析與建模[D].成都:西南交通大學(xué),2003.

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