論北斗CORS基站應(yīng)用于水下地形測(cè)量的可行性

【摘要】松花江大頂子山航電樞紐工程一期工程于2007年10月竣工，是我國平原封凍河流上建設(shè)的第一座低水頭橫店樞紐工程，是松花江干流第一座控制性工程。大壩截流后，使水位常年保持在116.0米左右，哈爾濱市區(qū)下游的江段江面大大增寬，江道之間原有的島嶼絕大部分被淹沒，增大了水下地形測(cè)量的任務(wù)量同時(shí)對(duì)圖根控制點(diǎn)的布設(shè)提出了難題?；谏鲜銮闆r，本文討論在松花江哈爾濱段區(qū)域，應(yīng)用北斗CORS基站系統(tǒng)替代傳統(tǒng)RTK系統(tǒng)進(jìn)行水下地形測(cè)量的可行性。

【關(guān)鍵詞】北斗CORS基站；水下地形測(cè)量；優(yōu)化電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、北斗CORS系統(tǒng)的簡(jiǎn)介和組成結(jié)構(gòu)

北斗三星CORS服務(wù)系統(tǒng)，是基于衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、氣象學(xué)、地理信息系統(tǒng)與現(xiàn)代通訊技術(shù)等有機(jī)結(jié)合。通過建立一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的永久性GNSS接收臺(tái)站（也稱為參考站），參考站運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，中心服務(wù)器上運(yùn)行專業(yè)的GNSS參考站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件，可以對(duì)參考站進(jìn)行管理，用戶權(quán)限管、完成數(shù)據(jù)采集、分組轉(zhuǎn)發(fā)、處理及分析，最后通過Internet網(wǎng)、GSM/GPRS、CDMA等通訊方式向各行各業(yè)測(cè)量用戶提供基礎(chǔ)性、公益性定位與導(dǎo)航等基礎(chǔ)地理空間信息服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的由基準(zhǔn)站、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換設(shè)備、移動(dòng)站三個(gè)部分組成?；鶞?zhǔn)站是一個(gè)永久連續(xù)觀測(cè)的定位接收機(jī)，為整個(gè)系統(tǒng)提供差分信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換由處理數(shù)據(jù)的工作站及發(fā)射、接受數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。移動(dòng)站是用于實(shí)際測(cè)量工作的接收機(jī)，進(jìn)行具體的測(cè)量操作。

2、參考站的選址

考慮到我們的主要服務(wù)區(qū)域是松花江哈爾濱段，為帶狀區(qū)域。從上游48號(hào)航標(biāo)到下游大頂子山航電樞紐工程，沿江道里程約為130公里，直線距離約90公里。選取單基站CORS即可滿足需求。我站所在的正陽河測(cè)報(bào)站距上游測(cè)區(qū)邊界約35公里，距下游大頂子山壩址約55公里。如果把CORS基站布設(shè)在正陽河測(cè)報(bào)站上，30公里范圍能覆蓋上游全部測(cè)區(qū)，下游覆蓋至大亮子測(cè)報(bào)點(diǎn)，平面定位精度在3cm以內(nèi)；50公里范圍內(nèi)，上游全部覆蓋，下游覆蓋區(qū)域距大頂子山壩址僅5公里左右，平面定位精度在30cm以內(nèi)。我們水下地形測(cè)量1：5000的比例尺精度為50cm。也就是說50公里以內(nèi)的平面定位精度依然滿足需求。對(duì)于精度下降的5公里測(cè)區(qū)，我們可以增測(cè)一到兩個(gè)圖根點(diǎn)，用傳統(tǒng)RTK來完成。同時(shí)我站所在的正陽河測(cè)報(bào)點(diǎn)綜合考慮滿足以下幾個(gè)方面：1）所在位置易于安置接受設(shè)備且視野開闊；2）附近沒有大功率無線電發(fā)射源，可以避免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾；3）附近沒有礦區(qū)、鐵路等易產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)的設(shè)施；4）取水塔上及可安裝固定接受天線；5）有穩(wěn)定的電力、通訊系統(tǒng)，方便電源、因特網(wǎng)的接入；6）站點(diǎn)全天有工作人員職守，能保證設(shè)備安全；7）附近交通便利，方便進(jìn)行系統(tǒng)檢查維護(hù)。綜合考慮基站覆蓋范圍和選址的硬性要求，在正陽河測(cè)報(bào)點(diǎn)架設(shè)系統(tǒng)參考站是非常好的選擇。

3、設(shè)備的選取

衛(wèi)星接收機(jī)是整套系統(tǒng)信號(hào)的來源，它的作用尤為重要。選取接收機(jī)應(yīng)具有以下特性：1）具有性能優(yōu)異的GNSS測(cè)量技術(shù)；2）快速捕獲衛(wèi)星；3）信噪比高，抗干擾能力強(qiáng)；4）有效抑制多路徑效應(yīng)；5）采樣率可達(dá)20Hz以上，同時(shí)保持最佳觀測(cè)質(zhì)量和觀測(cè)值的獨(dú)立性；6）耗電量低；7）堅(jiān)固耐用，質(zhì)量全面可靠。接收機(jī)天線最好具備雙頻三星扼流圈的性能，用以高質(zhì)量接收所有GNSS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，保證亞毫米級(jí)的相位中心穩(wěn)定性，消除多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的影響，為接收機(jī)進(jìn)行高質(zhì)量信號(hào)跟蹤和數(shù)據(jù)獲取提供保障。

4、使用流程

我們?cè)诒ＷC同等效率的情況下盡可能保持更高精度的數(shù)據(jù)采集結(jié)果，所以我們?cè)诹鲃?dòng)站的數(shù)據(jù)精度依然需要達(dá)到厘米級(jí)精度。流動(dòng)站必須使用雙頻RTK類型的接收機(jī)。流動(dòng)站接收機(jī)均需配置手機(jī)通訊模塊，通過手簿設(shè)置基于GPRS通訊方式的數(shù)據(jù)中心的IP地址。也可以通過撥打手簿設(shè)置基于GSM通訊方式的數(shù)據(jù)中心的固定電話號(hào)碼。數(shù)據(jù)中心收到流動(dòng)站的請(qǐng)求后，會(huì)根據(jù)其授權(quán)狀況作出響應(yīng)。此時(shí)流動(dòng)站會(huì)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，數(shù)據(jù)中心再根據(jù)這個(gè)坐標(biāo)生成適合于流動(dòng)站的改正信息，并將改正信息流不斷的發(fā)送給流動(dòng)站。這個(gè)改正信息是RTCM格式（2.0/2.3/3.0）格式。流動(dòng)站解算整周模糊度固定后，即可開始測(cè)量。

5、基本要求

單基站北斗三星CORS服務(wù)系統(tǒng)建成后，將可達(dá)到以下一些基本要求：

1）參考站無人值守，自動(dòng)運(yùn)行，年運(yùn)行可靠率達(dá)95%以上。2）具備雙電源管理能力。在斷電情況下，可依靠后備電源連續(xù)工作36小時(shí)以上；在供電故障恢復(fù)后，GNSS接收機(jī)必須能自動(dòng)恢復(fù)到故障前的配置，不需要人為干預(yù)。3）在數(shù)據(jù)處理中心建成后，開通網(wǎng)絡(luò)RTK等實(shí)時(shí)服務(wù)功能時(shí)應(yīng)達(dá)到可實(shí)時(shí)傳輸基準(zhǔn)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，并與控制中心實(shí)現(xiàn)雙向通信的能力。4）根據(jù)需要可擴(kuò)展建多個(gè)數(shù)據(jù)中心。5）具有網(wǎng)絡(luò)功能，具備高速TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心以網(wǎng)頁方式對(duì)參考站進(jìn)行設(shè)定、控制和檢測(cè)。設(shè)定包括：接收機(jī)參數(shù)；控制包括：接收機(jī)啟動(dòng)與關(guān)閉、接收機(jī)網(wǎng)絡(luò)斷開與連接、接收機(jī)參數(shù)的修改、數(shù)據(jù)傳輸控制；檢測(cè)包括：接收機(jī)狀態(tài)、電源狀態(tài)。6）服務(wù)器軟件應(yīng)具有良好的用戶訪問控制、權(quán)限管理的功能。

大頂子山航電樞紐至今已落成九年，常年的高水位使得運(yùn)用常規(guī)RTK手段進(jìn)行水下地形測(cè)繪變得極為艱難，利用北斗CORS單基站系統(tǒng)取代傳統(tǒng)RTK手段不失為一個(gè)靈活、高效的好辦法。

參考文獻(xiàn)：

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