網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)在水利測繪工程中的應(yīng)用

賀 賢

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000)

在測繪領(lǐng)域，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近些年發(fā)揮著越來越重要的作用。這其中，網(wǎng)絡(luò)RTK測量技術(shù)因為具有較高的作業(yè)精度以及良好的單機(jī)作業(yè)模式，在工作效率方面明顯具有優(yōu)勢，所以得到了越來越多測繪工作者的青睞。本文以此為基礎(chǔ)，從原理、組成以及操作等多個不同的方面概述了網(wǎng)絡(luò)CORS方法，并結(jié)合黃河干流(甘肅白銀段)防洪治理工程測繪案例，對網(wǎng)絡(luò)CORS方法應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 CORS系統(tǒng)簡介

CORS系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一種，因此，其建立需要借助數(shù)據(jù)通信以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，除此之外，通常情況下，其組成還包括有CNSS參考站以及計算機(jī)。CORS系統(tǒng)因為具有良好的連續(xù)性、高效性以及經(jīng)濟(jì)性，可以為用戶提供精準(zhǔn)的GPS狀態(tài)信息，所以在GPS領(lǐng)域得到了非常多的重視。是現(xiàn)在GPS測量技術(shù)的主要開發(fā)方向，是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)和GNSS技術(shù)的綜合應(yīng)用，該技術(shù)不論是硬件還是操作都比傳統(tǒng)的RTK技術(shù)簡單方便，使得GPS技術(shù)在測量和其他領(lǐng)域有了更多的應(yīng)用?；谟布M成不同，現(xiàn)有的CORS系統(tǒng)主要包括三種，分別是單基站系統(tǒng)、多基站系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，網(wǎng)絡(luò)CORS主要借助用戶設(shè)置的參考站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建。通過參考站的均勻分布以及流動站的誤差處理，網(wǎng)絡(luò)CORS可以將精度范圍控制在厘米水平。因此，網(wǎng)絡(luò)CORS技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐年呈擴(kuò)大趨勢。

2 網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)的原理

網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)其本質(zhì)上相當(dāng)于在移動站位置上，構(gòu)建一個虛擬參考站，因此具有良好的精密性。通過差分處理距離移動站最近的三個參考站的同步數(shù)據(jù)，可以獲得參考站所構(gòu)建三角形的改正參數(shù)，然后通過模擬可以進(jìn)一步得到誤差改正模型，之后再結(jié)合電離層、對流層以及軌道等多種誤差模型，就可以獲得連續(xù)的參考站數(shù)據(jù)，進(jìn)而最終實現(xiàn)差分定位。

在作業(yè)過程中，首先，通過GPRS或者CDMA等雙向數(shù)據(jù)方式將流動站點信息發(fā)送給中央控制中心；然后，中央控制中心會結(jié)合流動站點信息，計算得到對應(yīng)的軌道、電離層以及對流層等誤差，進(jìn)而對位置進(jìn)行修改，并將修改后的點信息通過相同的數(shù)據(jù)方式發(fā)送給移動站；最后，移動站結(jié)合中央控制中心反饋的結(jié)果，就可以對位置進(jìn)行實時差分定位。

3 CORS系統(tǒng)的組成

通過前文CORS系統(tǒng)原理可知，CORS主要包括五個方面的內(nèi)容，分別是起判斷處理作用的系統(tǒng)控制中心，用于通信定位的數(shù)字通信子系統(tǒng)、衛(wèi)星跟蹤基準(zhǔn)站，以及用戶端的用戶應(yīng)用子系統(tǒng)、用戶數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 CORS系統(tǒng)組成簡圖

4 CORS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

正如GPS的多領(lǐng)域應(yīng)用一樣，CORS系統(tǒng)的應(yīng)用也不僅僅局限在測繪領(lǐng)域。與定位相關(guān)的車輛調(diào)度、機(jī)械控制領(lǐng)域以及與位置相關(guān)的地殼檢測、氣象分析領(lǐng)域等等，也均有CORS系統(tǒng)的參與。

5 應(yīng)用實例

5.1 項目背景

從2012年起，黃河上游段的降雨量就開始逐漸增多，相應(yīng)的水庫泄洪量也逐漸提升，這導(dǎo)致甘肅段黃河河岸出現(xiàn)部分損壞。其中白銀市所轄沿岸的白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)、景泰縣不同程度遭受損失，共造成直接經(jīng)濟(jì)損失4.11億元。

根據(jù)2012年8月份省水利廳、省防辦組織召開的會議精神，結(jié)合國家防總工作組提出的“五個結(jié)合”之部署，要求我單位有序逐步開展《黃河甘肅段治理工程可行性研究》編制工作，我單位于2012年12月編制完成了《黃河干流甘肅段防洪治理工作可研報告》(白銀市分冊)。

2013年10月份，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院對《黃河干流甘肅段防洪治理工程可研報告》進(jìn)行了審查，2014年2月18日完成了可研報告修改稿，2014年5月20日最終確定任務(wù)，并制定好相應(yīng)的設(shè)計方案。2014年6月，經(jīng)水利廳安排由白銀市水務(wù)局委托，我單位全面啟動黃河干流白銀市段防洪治理工程初步設(shè)計階段的勘測、設(shè)計任務(wù)。

5.2 測區(qū)概況

黃河干流白銀段由南至北隸屬白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)和景泰縣管轄，本區(qū)段黃河由白銀市水川鎮(zhèn)西峽口村開始為東北走向，行至靖遠(yuǎn)縣、平川區(qū)后改為西北走向，到景泰縣五佛鄉(xiāng)又改為東北走向直到寧夏界，整個測區(qū)呈南北向“S”形，測區(qū)長度達(dá)到200km左右。測區(qū)地理位置：在東經(jīng)104°08′～104°28′和北緯36°17′～37°12′之間。

測區(qū)地處隴西黃土高原西北部，祁連山地東緣，西有壽鹿山和米家山，東有哈思山和屈吳山。沿河兩岸多丘陵、山地地貌，測區(qū)內(nèi)植被稀少，兩岸交通不便。

5.3 測量任務(wù)

本工程在本階段的主要任務(wù)是通過新建堤防、護(hù)岸工程，建立較為完善的防護(hù)體系，治理范圍為白銀區(qū)水川鎮(zhèn)西峽口村起始至下游靖遠(yuǎn)縣興隆鄉(xiāng)大廟村段的黃河干流，主要測量任務(wù)是約120km護(hù)岸和堤防的線路測量，包括中線測量和橫斷面測量，縱斷面和橫斷面均需要實地定測。

5.4 項目實施

5.4.1 控制測量

沿測區(qū)平均5km布設(shè)一對GNSS點，共布置173座四等GNSS網(wǎng)點，其中150座聯(lián)測了三等水準(zhǔn)，平差后，控制網(wǎng)平面和高程精度見表1-3：

表1 基線最弱邊相對中誤差統(tǒng)計表

表2 最弱點平面中誤差統(tǒng)計表

表3 三等水準(zhǔn)網(wǎng)平差精度統(tǒng)計表

5.4.2 作業(yè)方法及步驟

由于常規(guī)的RTK方法需要架設(shè)基站，但本測區(qū)任務(wù)分散，地形復(fù)雜，架設(shè)基站很耗時，基于項目工期目標(biāo)和上述原因，本項目線路斷面測量采用網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)測量，其具體步驟如下(以南方S86-T接收機(jī)為例)：

(1)連接主機(jī)和手薄

采用網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)進(jìn)行測量，需要借助軟件。首先需要對手薄以及主機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙連接，通常情況下，該過程可以自動完成。連接完成后，軟件會執(zhí)行相應(yīng)的搜索功能，獲取網(wǎng)絡(luò)。如成功連接網(wǎng)絡(luò)RTK，則會在屏幕上顯示R圖標(biāo)，并提示網(wǎng)絡(luò)連接。如果連接失敗，則會顯示電臺設(shè)置。但是有時，工程之星無法自動完成藍(lán)牙連接，系統(tǒng)會顯示無數(shù)據(jù)，這時就需要對藍(lán)牙模塊進(jìn)行檢查，并重新連接。

(2)主機(jī)設(shè)置

按F1一次，設(shè)置工作模式為移動站模式；選擇差分格式為CMR，數(shù)據(jù)鏈為GPRS，數(shù)據(jù)鏈GPRS網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)窗口顯示MODE∶VRS mode 手機(jī)符號G MODE∶CONF1G2時主機(jī)設(shè)置成功。

(3)新建工程

一般情況下，新建工程只需輸入工程名和中央子午線，轉(zhuǎn)換參數(shù)可以暫時不處理。值得注意的是，如之前運行過工程之星，則會在啟動后，默認(rèn)開啟上次未關(guān)閉的工程文件。

(4)配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

在成功連接網(wǎng)絡(luò)的情況下，屏幕上會顯示相應(yīng)的連接圖標(biāo)，并從電臺設(shè)置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。根據(jù)手機(jī)卡的類型不同，連接方式也略有不同，包括GPRS以及CDMA等等。通常情況下，獲取網(wǎng)絡(luò)后，還需要選擇VRS-NTRIP模式，進(jìn)行端口、IP以及域名等信息的設(shè)置。

該設(shè)置只需輸入一次，此后不需要重復(fù)設(shè)置。使用甘肅省CORS系統(tǒng)，該參數(shù)一般為：

IP：124.152.245.203

域名：RTCM3.0

端口：2101

用戶名和密碼：該數(shù)據(jù)需要向CORS中心申請獲取

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置完成后，在軟件當(dāng)中就可以直接獲取相應(yīng)的基站信息以及差分信息，進(jìn)而進(jìn)行下一步的操作。

但是，有時也會產(chǎn)生無法獲取差分信息的情況，這時，可以從以下幾個方面著手進(jìn)行處理：

①查看參數(shù)設(shè)置是否正確，其設(shè)置結(jié)果可以通過設(shè)置選項進(jìn)行查看。

②查看設(shè)置菜單下的移動站看設(shè)置，檢查差分格式是否正確。

③查看手機(jī)卡是否正常，是否具有NET數(shù)據(jù)流量連接上網(wǎng)功能。

④檢查使用GPRS或CDMA網(wǎng)絡(luò)是否覆蓋本作業(yè)區(qū)域。

如果能收到差分信息，但始終處于浮點解狀態(tài)，達(dá)不到固定解，需要從以下6方面來檢查：

檢查作業(yè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)是否穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)延遲是否嚴(yán)重;檢查可用衛(wèi)星分布及狀態(tài)是否滿足要求;檢查流動站離主參考站的距離是否過遠(yuǎn);檢查作業(yè)地區(qū)周圍是否有較大的電磁場干擾源;如果沒有上述問題則重新啟動主機(jī)重新初始化;如果完成以上檢查后，差分結(jié)果還是無法正常顯示，則需要與CORS中心工作人員聯(lián)系，進(jìn)行指導(dǎo)檢查。

(5)求轉(zhuǎn)換參數(shù)

轉(zhuǎn)換參數(shù)在正常測量過程中，通常有兩種，分別是七參數(shù)以及四參數(shù)。如果用戶已經(jīng)獲取相應(yīng)參數(shù)，則可以直接在測量參數(shù)中進(jìn)行設(shè)置，如果用戶沒有獲取相應(yīng)參數(shù)，則需要借助已有的控制點進(jìn)行求取獲得。

(6)已知點檢查與數(shù)據(jù)采集

采集已知點數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，根據(jù)規(guī)范要求，平面精度為圖上±0.2mm，高程精度為五分之一倍的等高距，達(dá)到以上數(shù)學(xué)精度即可進(jìn)行線路縱橫斷面數(shù)據(jù)采集。

(7)數(shù)據(jù)編輯與成圖

測量完成后，把測量成果以需要的格式輸出，在EXCEL表格下進(jìn)行數(shù)據(jù)格式和編碼屬性編輯，形成樁號高程數(shù)據(jù)文件，利用我院研發(fā)的斷面繪制軟件進(jìn)行斷面圖的繪制。

(8)質(zhì)量檢查與成果提交

對成果進(jìn)行“兩級檢查、一級驗收”合格后，提交成果。

5.5 成果精度統(tǒng)計分析

每天作業(yè)前都在已知點進(jìn)行檢查，作業(yè)期間檢查結(jié)果統(tǒng)計如下：

通過表4可知，在整個測量工程中，網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)技術(shù)采集的數(shù)據(jù)成果精度要比常規(guī)RTK技術(shù)精度高，并且精度分布比價均勻。

6 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)具有成熟的單機(jī)作業(yè)模式，擺脫了傳統(tǒng)基站的束縛，降低了人員以及硬件維護(hù)成本，在工作成本方面具有明顯優(yōu)勢。同時通過改進(jìn)初始化時間等內(nèi)容，可以很好的擴(kuò)展測量范圍，提高作業(yè)精度。并且因為網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)具有良好的連續(xù)性，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測，所以其作業(yè)效率也得到了很大的提升。

表4 已知成果與網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)采集成果不符值一覽表 單位：m

7 建議

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)技術(shù)較之傳統(tǒng)的RTK技術(shù)，有省時、省力并且精度高等多種優(yōu)勢。但是，在一些衛(wèi)星信號較弱的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)就無法開展。這時就需要結(jié)合測量地點的實際情況，選擇性的與動態(tài)RTK技術(shù)相互配合，進(jìn)行綜合測量。只有這樣，才可以因地制宜，揚長避短，高精度、高效率地完成測量任務(wù)。