地形測量中GPS-RTK測量CORS 模式結(jié)合電臺模式的運(yùn)用研究

王磊，盧仲杰

（蘭州寰球工程有限公司，蘭州 730060）

1 引言

在工程建設(shè)中，測繪技術(shù)是工程開展前的關(guān)鍵技術(shù)，并且隨著空間測量技術(shù)的發(fā)展，GPS 技術(shù)在測繪作業(yè)中的應(yīng)用越來越深入。同時(shí)GPS-RTK 技術(shù)的提出很好地將CORS 模式與電臺模式結(jié)合在一起，進(jìn)一步提升了測繪的精確度[1]。 在當(dāng)前的地形測量中，測繪工作小組通常借助GPS-RTK 技術(shù)完成復(fù)雜地形的測繪， 原因在于CORS 模式能夠提升地形測量的范圍， 而電臺模式能夠?qū)崿F(xiàn)無移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的地形精確測量[2]。 本文在既往研究的基礎(chǔ)上，分析了CORS 模式與電臺模式的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合兩者聯(lián)合運(yùn)用的測繪實(shí)例，評價(jià)兩者聯(lián)合運(yùn)用的價(jià)值，以期為野外地形測量提供理論依據(jù)。

2 GPS-RTK技術(shù)工作原理

載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real-Time Kinematic,RTK）技術(shù)是處理兩個(gè)測量站信號的關(guān)鍵技術(shù)。 目前，為了提升其測量精度， 常結(jié)合GPS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)時(shí)測量， 即GPSRTK 技術(shù)[3]。在GPS-RTK 技術(shù)應(yīng)用中，首先，會利用GPS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)點(diǎn)的靜態(tài)高精度測量；其次，引入RTK 技術(shù)實(shí)時(shí)獲得坐標(biāo)點(diǎn)的厘米級定位。因此，GPS-RTK 技術(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速的三維定點(diǎn)，并且不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，顯著提升了工程測量的效率。

在GPS-RTK 技術(shù)應(yīng)用中，為了提升CORS 模式的測量精度，采用了一種CORS 高精度測量系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 CORS 高精度測量系統(tǒng)

如圖1 所示，在CORS 高精度測量系統(tǒng)中，包括觀測站、通信網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心以及用戶4 個(gè)部分，4 個(gè)部分關(guān)系緊密。觀測站的主要作用是借助衛(wèi)星信號完成數(shù)據(jù)采集與傳輸， 并且觀測站與數(shù)據(jù)中心和通信網(wǎng)直接連接， 可以快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理。通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)是CORS 高精度測量的關(guān)鍵部分，與觀測站、數(shù)據(jù)中心及用戶直接相連，是測量信息傳播的媒介。 數(shù)據(jù)中心的主要作用是存儲和記錄， 將每次測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，以便測繪人員后續(xù)操作。 用戶結(jié)構(gòu)包括實(shí)時(shí)用戶以及后處理用戶，實(shí)時(shí)用戶能夠借助通信網(wǎng)實(shí)時(shí)了解測量信息，后處理用戶能夠通過通信網(wǎng)閱讀數(shù)據(jù)中心存儲的既往測量結(jié)果，以此實(shí)現(xiàn)研究區(qū)的地形測量及內(nèi)業(yè)成圖。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號不佳時(shí)， 在固定基準(zhǔn)站與流動站之間便無法實(shí)現(xiàn)信號的實(shí)時(shí)傳輸。 電臺模式能夠處理網(wǎng)絡(luò)不佳情況下出現(xiàn)的信號不良問題， 能夠借助作業(yè)人員隨身攜帶的接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸，其工作原理如圖2 所示。

圖2 電臺模式工作原理

如圖2 所示，在電臺模式下，首先以地面基準(zhǔn)站為基礎(chǔ)，通過基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號， 將衛(wèi)星連續(xù)觀測到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站觀測值相比較，計(jì)算得到差分?jǐn)?shù)據(jù)。 在野外作業(yè)中，作業(yè)人員可以利用隨身攜帶的基準(zhǔn)站作為流動站， 以此流動性地觀測地面坐標(biāo)信息， 并將獲取的信息與通過電臺接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行計(jì)算處理，得到厘米級的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

從CORS 模式與電臺模式的工作原理可以得知， 兩者應(yīng)對的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有顯著差異，因此，為了更全面地實(shí)現(xiàn)地形測繪，將CORS 模式與電臺模式相結(jié)合能夠獲取更加精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的測量結(jié)果。鑒于此，研究為了了解CORS 模式與電臺模式聯(lián)合運(yùn)用的效果，提出了野外數(shù)據(jù)測量、采集實(shí)例分析。

比較CORS 模式與電臺模式優(yōu)缺點(diǎn)可以得知，CORS 模式在應(yīng)用中無須架設(shè)基準(zhǔn)站， 縮短了野外測繪人員在基準(zhǔn)站架設(shè)中花費(fèi)的時(shí)間，提升了測繪效率，并且CORS 模式具備聯(lián)網(wǎng)功能，能夠借助國家坐標(biāo)系直接測量。然而CORS 模式無法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)較差的區(qū)域， 即無法在偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)地形的精準(zhǔn)測量。 電臺模式在應(yīng)用中能夠覆蓋更廣的區(qū)域，且其測量盲區(qū)較少，同時(shí)電臺模式對網(wǎng)絡(luò)依賴性較低，幾乎不需要移動網(wǎng)絡(luò)就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)。 但是電臺模式的運(yùn)用需要用戶自己假設(shè)基準(zhǔn)站，并且會耗費(fèi)掉較多時(shí)間，且在地形測量過程中，電臺模式的數(shù)據(jù)傳輸受到電磁環(huán)境的干擾，導(dǎo)致其準(zhǔn)確性和可靠性下降。 此外，電臺模式作業(yè)范圍較小，在一定程度上降低了地形測量的效率。

3 CORS 模式和電臺模式的聯(lián)合運(yùn)用

GPS-RTK 測量CORS 模式與電臺模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)測量，進(jìn)而更全面地實(shí)現(xiàn)野外測量，為此，本文通過實(shí)例分析驗(yàn)證兩者結(jié)合使用的有效性。

以甘肅陽山金礦區(qū)為測繪對象， 甘肅陽山金礦區(qū)地處甘肅文縣陽山，在岷山山脈北段與秦嶺山脈西端。 研究測繪區(qū)域總面積為60 km2，通過聯(lián)合測量技術(shù)來實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資料收集、地形測量及內(nèi)業(yè)成圖。 工作流程如圖3 所示。

圖3 CORS 模式結(jié)合電臺模式運(yùn)用工作流程

在前期資料收集過程中，首先分析測量地區(qū)基本情況。受甲方委托，為了合理開發(fā)利用礦區(qū)資源，同時(shí)探明礦區(qū)的儲量，對某礦區(qū)進(jìn)行地形測繪工作。 研究區(qū)域植被茂密，人煙稀少，并且區(qū)域范圍內(nèi)建筑物較少，有較多山地。 大部分地區(qū)山勢陡峻，測量難度較大。 在資料收集過程中，首先收集礦區(qū)范圍內(nèi)的C 級GPS 控制點(diǎn)，共3 個(gè)，經(jīng)實(shí)地勘察后發(fā)現(xiàn)，3 個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)位尚能使用。 以礦區(qū)中的3 個(gè)C 級GPS 控制點(diǎn)為起算點(diǎn)建立控制網(wǎng)，以此控制礦區(qū)測量的精度。

在野外測量工作的控制測量中，在3 個(gè)C 級GPS 控制點(diǎn)下布設(shè)6 個(gè)E 級控制點(diǎn)， 在觀測中采用靜態(tài)定位的方式控制整個(gè)測區(qū)。 首先，在控制點(diǎn)的布設(shè)過程中，選擇視野開闊的位置安裝測試儀器，同時(shí)確保測量范圍內(nèi)無障礙物，并且需要根據(jù)測區(qū)的實(shí)際情況編制合理的技術(shù)要求， 同時(shí)確保其他測量手段能夠在該礦區(qū)實(shí)現(xiàn)聯(lián)測。 此外，在測量中需要考慮礦區(qū)的交通情況，確保測量區(qū)域的安全性。 控制點(diǎn)點(diǎn)位的布設(shè)通過混凝土預(yù)制，采用現(xiàn)場澆筑的方式制備控制點(diǎn)標(biāo)石，在醒目處做標(biāo)記，用以提醒測量人員以及避免其他人干擾。 其次，在測圖測量中，需要滿足測圖需求，即進(jìn)行圖根點(diǎn)的加密測量，采用臨時(shí)標(biāo)點(diǎn)表示圖根點(diǎn)，并將點(diǎn)位布設(shè)至穩(wěn)定的地面上，防止點(diǎn)位移動或變化。

在地形測圖中，采用CORS 與電臺模式相結(jié)合的方式。在CORS 模式測圖作業(yè)中， 將測量點(diǎn)設(shè)置到網(wǎng)絡(luò)信號較好的區(qū)域，通過雙頻GPS 衛(wèi)星定位接收機(jī)進(jìn)行測量作業(yè)，并將其作為流動站接收衛(wèi)星信號。在具體操作中，首先設(shè)置CORS 賬號及密碼，其次，通過賬號密碼登錄并校準(zhǔn)控制點(diǎn)的坐標(biāo)后便可進(jìn)行測繪工作。若無法登錄CORS 網(wǎng)絡(luò)，則重啟后連入網(wǎng)絡(luò)或聯(lián)系CORS 控制中心。在電臺模式測圖作業(yè)中，將測量點(diǎn)設(shè)置到網(wǎng)絡(luò)信號較差的區(qū)域， 以此結(jié)合CORS 模式完成礦區(qū)全區(qū)域測量。 電臺模式下，需要利用兩臺設(shè)備完成測繪作業(yè)，其中一臺作為基準(zhǔn)站接入網(wǎng)絡(luò)， 另一臺作為流動站來伴隨作業(yè)人員實(shí)現(xiàn)位置坐標(biāo)的測量。 基準(zhǔn)站的選址極為重要， 需要考慮GPS 電臺的覆蓋能力、測繪視野和高壓變電，即基準(zhǔn)站需要設(shè)置在地勢較高的位置，進(jìn)而提升電臺的覆蓋面積，同時(shí)要確保選址地點(diǎn)視野較為開闊， 避免障礙物的存在降低信號傳輸效率。 此外，還要避免高壓變電設(shè)施對信號的影響。 在電臺模式期間，不能修改基準(zhǔn)站電臺發(fā)射頻道，若必須修改，則應(yīng)當(dāng)將流動站的頻道進(jìn)行對應(yīng)修改， 保證流動站能夠?qū)崟r(shí)接收到差分信號。 此外，還需要注意架設(shè)基準(zhǔn)站時(shí)，避免基準(zhǔn)站滑動，同時(shí)檢查基準(zhǔn)站的通電情況，若發(fā)生端點(diǎn)、周邊存在障礙物的情況，則需要重新選擇開闊地點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站。

在內(nèi)業(yè)成圖中，作業(yè)人員將當(dāng)天野外測量結(jié)果生成dat 文件，然后將其傳輸?shù)诫娔X終端，繪圖人員根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖。 在內(nèi)業(yè)成圖中需要不斷接收野外測繪數(shù)據(jù)，因此，需要作業(yè)小組成員每日按時(shí)進(jìn)行野外測量，并完成測量觀測，繪圖人員不斷分析和對比測量數(shù)據(jù)，最終繪制礦區(qū)地形圖。 并且在內(nèi)業(yè)成圖過程中，強(qiáng)調(diào)小組成員總結(jié)測繪結(jié)果，分析測繪問題，確保后續(xù)測繪中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

4 CORS 模式結(jié)合電臺模式運(yùn)用注意事項(xiàng)

CORS 模式結(jié)合電臺模式運(yùn)用能夠同時(shí)應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)較好和較差的環(huán)境，但是在實(shí)際運(yùn)用中，受到測區(qū)環(huán)境的影響，如高大的樹木、不平穩(wěn)的地面等，會導(dǎo)致衛(wèi)星信號接收效果差以及測繪坐標(biāo)點(diǎn)不準(zhǔn)確等結(jié)果。 因此，為了確保測區(qū)測繪精度，本文提出幾點(diǎn)CORS 模式結(jié)合電臺模式運(yùn)用的注意事項(xiàng)。

首先，在茂密樹木環(huán)境測量中，可以采用加長測桿的方式保證其衛(wèi)星信號接收效果，并且需要測繪人員進(jìn)行多次測量，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確度。

其次，當(dāng)測繪點(diǎn)地面出現(xiàn)不平穩(wěn)狀況時(shí)，需要測繪人員手動清理或填補(bǔ)地面。 然后在測區(qū)測繪時(shí)， 考慮地區(qū)的天氣變化，收集近幾日的天氣變化趨勢，規(guī)劃測量時(shí)間和流程，保證工作的正常開展。

最后，為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要測繪作業(yè)人員在測繪開始與結(jié)束時(shí)進(jìn)行測點(diǎn)比測， 判斷兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)是否存在誤差。

5 結(jié)論與建議

綜上所述，在地形測量中，CORS 模式與電臺模式的測試要求具有顯著差異，且兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在測繪工作中，需要根據(jù)不同的測繪需求進(jìn)行選擇。 其中，CORS 模式的運(yùn)用需要重點(diǎn)考慮測區(qū)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境， 電臺模式的運(yùn)用需要重點(diǎn)考慮測區(qū)的電磁影響。因此，本文認(rèn)為將CORS 模式與電臺模式聯(lián)合應(yīng)用具有可行性， 并且在兩者聯(lián)合運(yùn)用的實(shí)例分析中顯示， 在測區(qū)能夠根據(jù)不同的環(huán)境自由選擇測繪方式， 更為全面、可靠和安全地完成測區(qū)測量。 為此，為了提升地形測量的測繪工作效率， 測繪小組工作人員可在作業(yè)中合理使用CORS 模式與電臺模式，進(jìn)而產(chǎn)生良好的社會效益。