淺談基于CORS系統(tǒng)的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

王奪 孫振鵬

摘 要：隨著高新科技廣泛應(yīng)用于測量工作中，基于CORS系統(tǒng)的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)得在勘測領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)克服了普通RTK測量中基準(zhǔn)站與流動站間距的局限，它的有效距離可達(dá)到幾十甚至上千米，覆蓋面廣闊，定位精度高，可靠性強。本文對基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進行了探討。

關(guān)鍵詞：CORS系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)；RTK技術(shù)

1.基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

1.1系統(tǒng)組成

CORS系統(tǒng)由參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和用戶子系統(tǒng)四部分組成。各子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)互聯(lián)，形成了分布于一個城市的局域網(wǎng)。CORS系統(tǒng)是利用全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、計算機、數(shù)據(jù)通信技術(shù)，在一定區(qū)域內(nèi)以一定間隔建立的長年連續(xù)運行的若干個固定參考站組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CORS是在一個較大的區(qū)域內(nèi)均勻地布設(shè)多參考站，構(gòu)成一個參考站網(wǎng)，各參考站按設(shè)定的采樣率連續(xù)觀測，通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實時地將觀測數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)控制中心，系統(tǒng)控制中心首先對各個站的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和質(zhì)量分析，然后，對整個數(shù)據(jù)解算，實時估算出網(wǎng)內(nèi)各種系統(tǒng)誤差改正項（電離層、對流層、衛(wèi)星軌道誤差）獲得本區(qū)域的誤差改正模型。然后，通過無線網(wǎng)絡(luò)把改正數(shù)傳給流動站，計算機根據(jù)相對定位原理實時計算并顯示流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。

1.2工作原理

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是CORS系統(tǒng)的核心技術(shù)，它能夠提供高精度實時動態(tài)定位服務(wù)，與基于單基站的載波相位實時差分定位相比，能有效擴大作業(yè)半徑，降低作業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是利用地面布設(shè)的一個或多個基準(zhǔn)站組成的GPS連續(xù)運行參考站（CORS），綜合利用各個基站的觀測信息，通過建立精確的誤差修正模型，實時發(fā)送RTCM差分改正數(shù)，修正用戶的觀測值精度，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)移動用戶的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是目前GPS實時動態(tài)差分中最先進、應(yīng)用最廣泛的差分系統(tǒng)，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，極大地提高了外業(yè)作業(yè)半徑。其實時精密差分定位精度平面可達(dá)10mm+2ppm；高程可達(dá)20mm+2ppm。

1.3測量成果的質(zhì)量控制

CORS-RTK的觀測成果處理時，精度要求不高的碎部測量可直接按參數(shù)求取所測點的坐標(biāo)、高程成果，精度要求較高的圖根控制，可記錄WGS-84觀測成果，通過專業(yè)軟件，進行似大地水準(zhǔn)面精化獲取較高精度的坐標(biāo)成果。與GPS靜態(tài)測量相比，CORS-RTK測量更容易出錯，必須進行質(zhì)量控制。CORSRTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，CORSRTK比靜態(tài)GPS還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。質(zhì)量控制的方法主要有：（1）已知點檢核比較法：即在布測控制網(wǎng)時用靜態(tài)GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標(biāo)進行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正。（2）重測比較法：每次初始化成功后，先重測1-2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認(rèn)無誤后才進行RTK測量。以上方法中，最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數(shù)量總是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果。

2.基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)特點

2.1提高了工作效率

作業(yè)速度快，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標(biāo)，CORSRTK作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強大，CORSRTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。提高儀器利用率、降低了作業(yè)條件要求、節(jié)約人力資源。原來的1+1兩臺接收機才能作業(yè)，現(xiàn)在1臺接收機就能正常作業(yè)，儀器利用率提高1倍。與其它傳統(tǒng)測量相比，CORS-RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來，由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足CORS-RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業(yè)。省去架設(shè)和設(shè)置基準(zhǔn)站的時間和麻煩，開機就可以作業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差保證了作業(yè)精度。

2.2全網(wǎng)覆蓋且精度均勻

定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足CORSRTK的基本工作條件，在CORSRTK系統(tǒng)覆蓋區(qū)，平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。特別是高程精度，通過大地水準(zhǔn)面精化的CORSRTK成果，大大優(yōu)于RTK成果。

2.3提高高端GIS定位終端的精度

只要在流動站時進行簡單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標(biāo)或進行坐標(biāo)放樣。操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信。操作簡便，便于使用。

3.CORS-RTK技術(shù)應(yīng)用中存在的不足及對策

3.1天空環(huán)境影響

白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。在遼寧地區(qū)，我們做過試驗，在同樣的條件和同樣的地點上進行CORSRTK測量，上午12點之前和下午2：30分之后，CORSRTK測量結(jié)果準(zhǔn)而快，而中午時分，很難進行CORSRTK測量。為更好的運用CORS-RTK，可通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)先查詢短期衛(wèi)星星歷預(yù)報，電離層狀態(tài)等，以便安排有利的作業(yè)時間。

3.2CORS-RTK測量受衛(wèi)星狀況限制

在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密集區(qū)，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業(yè)時間受限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。

3.3初始化能力和所需時間問題

在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)建筑密集區(qū)等地作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機會較多，容易造成失鎖，采用CORSRTK作業(yè)時有時需要經(jīng)常重新初始化，這樣測量的精度和效率都受影響。應(yīng)對措施：第一次固定后不記錄，重新初始化，第二次固定后再記錄，避免初次固定解解算整周模糊度出現(xiàn)錯誤，每次記錄數(shù)據(jù)平滑次數(shù)（平均觀測次數(shù)）建議不低于60次，最好是180次以上，如此觀測兩個測回，觀察兩次互差，當(dāng)互差在限差范圍內(nèi)時，采用兩次記錄的均值作為觀測終值。

3.4精度和穩(wěn)定性問題

CORS-RTK測量的精度和穩(wěn)定性受到衛(wèi)星狀況、通訊網(wǎng)絡(luò)、電離層狀態(tài)等因素的影響，不同質(zhì)量的CORS-RTK系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)定性差別較大，成果有時會產(chǎn)生偏差。解決措施：選用精度和穩(wěn)定性都較好的高質(zhì)量機種，衛(wèi)星個數(shù)滿足要求，電離層影響低，使用雙星的設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通訊良好的狀態(tài)下進行作業(yè)。另外，要在布控制點時多布置一些“多余”控制點，作為CORSRTK測量成果質(zhì)量控制的檢核點，并應(yīng)按要求進行兩次以上的獨立觀測，求取平均值，以提高成果精度。

3.5數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制

CORS-RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，網(wǎng)絡(luò)信號受到影響，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)速度。另外，當(dāng)CORS-RTK覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)，測量結(jié)果往往不理想。

3.6高程異常問題

CORS-RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但多數(shù)CORS系統(tǒng)只是傳輸WGS-84成果，通過求取地方七參數(shù)獲取坐標(biāo)，還不能實時傳輸通過似大地水準(zhǔn)面精化的高程坐標(biāo)數(shù)據(jù)。隨著CORS系統(tǒng)的完善，能實時傳輸通過似大地水準(zhǔn)面精化的高程成果，高程異常問題會得到很好的解決。

作者簡介：

1.王奪（1980年11月）男，漢族，大學(xué)本科，高級工程師，從事測繪工程技術(shù)工作。

2.孫振鵬（1990年05月）男，漢族，大學(xué)專科，助理工程師，從事測繪工程技術(shù)工作。