韶關(guān)市測繪院單基站CORS系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

黃毓，董龍橋

(韶關(guān)市測繪院，廣東韶關(guān) 512000)

韶關(guān)市測繪院單基站CORS系統(tǒng)的建立與應(yīng)用

黃毓?，董龍橋

(韶關(guān)市測繪院，廣東韶關(guān) 512000)

簡要介紹廣東韶關(guān)市測繪院單基站CORS系統(tǒng)的基本情況，陳述了系統(tǒng)的原理和建設(shè)過程及在城市測量中的應(yīng)用，總結(jié)了CORS系統(tǒng)在建設(shè)和應(yīng)用過程中的一些具體做法和經(jīng)驗(yàn)。

單基站CORS系統(tǒng)；CORS RTK；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；城市測量

1 前 言

目前國內(nèi)市場上的連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)CORS)建站方案動輒幾百萬甚至上千萬的資金投入，相對于那些對CORS只停留在小規(guī)模應(yīng)用的單位而言就顯得投入與產(chǎn)出過于失衡，導(dǎo)致許多行業(yè)與單位只能對CORS系統(tǒng)望而卻步。租用人家網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)，又受到轉(zhuǎn)換參數(shù)保密等各方面的制約。相比之下單參考站CORS系統(tǒng)，只要較少的投資即可在一個中小城市建立一個CORS基站，滿足當(dāng)?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務(wù)的需要，并且施工周期短，見效快，單基站系統(tǒng)還可以隨時增加新的基站，加大實(shí)時RTK作業(yè)的覆蓋區(qū)域，一旦建立虛擬參考站系統(tǒng)的條件成熟，只要進(jìn)行系統(tǒng)軟件的升級，花費(fèi)不大的投資，單參考站系統(tǒng)即可輕松地升級成虛擬參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)介紹及原理

韶關(guān)市測繪院單基站CORS系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo):覆蓋整個韶關(guān)市建成區(qū)。精度要求平面≤±3 cm，高程≤±5 cm。主基站建設(shè)于2008年11月底正式啟動，根據(jù)韶關(guān)區(qū)域的實(shí)際情況，經(jīng)過踏勘選址、技術(shù)設(shè)計、CORS參考站的建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)通訊的建設(shè)、系統(tǒng)的性能測試，于2009年2月全部建設(shè)及精度驗(yàn)收完成，并投入使用。

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)是建立在GPS等技術(shù)平臺上。它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實(shí)時的測量服務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本系統(tǒng)的硬件由如下幾個單元組成:GPS基站、電源系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理

3 建設(shè)過程

基準(zhǔn)站由儀器室和觀測墩兩部分組成。

(1)觀測墩:用于支撐GPS觀測天線。觀測墩建立于基巖上的稱為基巖站，建立于屋頂上的稱為屋頂站。觀測墩柱體內(nèi)預(yù)埋PVC管道，用于鋪設(shè)天線電纜。儀器墩外部進(jìn)行保溫和防風(fēng)處理，頂部安裝強(qiáng)制對中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避免自然環(huán)境如強(qiáng)風(fēng)、雨雪、日照、鹽蝕等對天線的損壞。韶關(guān)市測繪院CORS參考站采用的是屋頂站，建立于韶關(guān)市測繪院辦公樓上，如圖2所示。

圖2 韶關(guān)市測繪院CORS參考站

(2)室外觀測墩防雷:室外天線防雷的接地網(wǎng)，原則上使用觀測墩所在的大樓防雷地網(wǎng)。

(3)觀測墩點(diǎn)位選取:點(diǎn)位選取在符合選點(diǎn)基本要求的基礎(chǔ)上，選在建筑物的主承重支柱上。在選取的點(diǎn)位上通過連續(xù)采集24 h靜態(tài)數(shù)據(jù)，查看及分析衛(wèi)星信號情況、是否存在干擾源等，進(jìn)一步確定觀測墩點(diǎn)位。觀測墩考慮到與建筑物的美觀、結(jié)構(gòu)等因素，整體鋼筋混凝土澆灌，自然凝固穩(wěn)定后，將天線通過歸心盤調(diào)平居中安裝在觀測墩上。天線電纜通過事先在觀測墩內(nèi)埋設(shè)的PVC管和天線與服務(wù)器主機(jī)連接。

觀測墩的建設(shè):鑿開點(diǎn)位所在的水泥板約600× 600 mm，深約10 cm，直至露出樓面鋼筋。鑿開的樓面上在承重柱上用水鉆至少鉆4個深60 cm～80 cm、間距約為16 cm的矩形排列的鉆孔(孔徑為38 mm)；并對鉆孔進(jìn)行清洗、風(fēng)干。如圖3所示。

4個鉆孔中植入直徑為20 mm的螺紋鋼筋(長度視觀測墩設(shè)計高度定)，作為觀測墩支柱的主筋，并將植入的鋼筋與鑿出的樓面鋼筋焊接在一起；主筋上每隔15 cm捆扎一個鋼筋直徑為8 mm的鋼筋圈形成鋼籠；根據(jù)觀測墩基座設(shè)計的樣式再捆扎相應(yīng)的基座鋼籠，并也與鑿出的樓面鋼筋焊接，如圖4所示。

圖3 建觀測墩過程(一)

圖4 建觀測墩過程(二)

將直徑為300 mm的無縫不銹鋼管套在主支柱鋼籠外(安裝時盡量保持鋼管的豎直度)，其底部與基座鋼籠頂部焊接在一起，之后澆灌混凝土，如圖5所示。

待混凝土基本定位后，安裝觀測墩對中器，用圓水準(zhǔn)管嚴(yán)格整平安裝強(qiáng)制對中器，并保證強(qiáng)制對中器水平居中，如圖6所示。

圖5 建觀測墩過程(三)

圖6 建觀測墩過程(四)

(4)儀器室:用于安置基準(zhǔn)站設(shè)備。要求距離觀測墩距離不超過天線電纜的許可長度(60 m)，本次建設(shè)天線電纜長30 m。服務(wù)器主機(jī)如圖7所示。

圖7 服務(wù)器主機(jī)

(5)基站服務(wù)器安裝調(diào)試:

①服務(wù)器軟件(基準(zhǔn)站控制軟件－BASE TRANS軟件，EagleServer服務(wù)監(jiān)聽軟件)安裝

②網(wǎng)絡(luò)調(diào)試:服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)采用電信靜態(tài)光纖網(wǎng)，確保帶寬及固定IP。

③移動站通訊:移動站采用移動或者聯(lián)通卡通過上網(wǎng)訪問服務(wù)器，下載基站數(shù)據(jù)。

4 參數(shù)的獲得

整個建設(shè)過程中，求轉(zhuǎn)換參數(shù)至關(guān)重要。根據(jù)設(shè)計原理，需要求出基站作業(yè)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為保證精度，必須由高等級點(diǎn)作為起算點(diǎn)進(jìn)行推算，在整個區(qū)域內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)，邊長控制在5 km～10 km，使用靜態(tài)進(jìn)行聯(lián)測，整網(wǎng)平差后得出參數(shù)(四參數(shù)＋高程擬合)和基站坐標(biāo)(基站大地坐標(biāo))。使用時將基站大地坐標(biāo)輸入到基站控制軟件中固定發(fā)射，移動站就使用求出的七參數(shù)在區(qū)域內(nèi)都能達(dá)到要求的精度。

根據(jù)韶關(guān)建城區(qū)實(shí)地范圍，本次基站建設(shè)在測繪院辦公樓樓頂，控制范圍半徑25 km。根據(jù)航片圖及地形圖，首先圖上選點(diǎn)，再實(shí)地踏勘，埋石布點(diǎn)。由于韶關(guān)屬于粵北山區(qū)，地形較復(fù)雜，為了更準(zhǔn)確地求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，該次控制共布設(shè)了35個點(diǎn)，9個二等水準(zhǔn)點(diǎn)，其中GPSC等點(diǎn)7個，整個控制網(wǎng)符合GPS靜態(tài)D級網(wǎng)要求。共求出1954北京和1980西安兩套參數(shù)。最終得出參數(shù)，實(shí)地檢測后符合精度要求。控制網(wǎng)如圖8所示。

此次參數(shù)求取，共投入10臺南方雙頻GPS，經(jīng)過3天時間完成外業(yè)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。得出四參數(shù)與高程擬合。經(jīng)過測試，符合精度要求。在整個檢查過程中，每個點(diǎn)都能很快達(dá)到固定解。從檢查后得出的精度看，求出的參數(shù)在工作范圍內(nèi)都能達(dá)到精度要求。

圖8 控制網(wǎng)圖

由于篇幅有限，只截取了控制區(qū)域內(nèi)分布均勻，具有代表性的GPS－C級點(diǎn)坐標(biāo)及二等水準(zhǔn)點(diǎn)高程的檢驗(yàn)比對值。平面數(shù)據(jù)見表1，高程數(shù)據(jù)見表2。

坐標(biāo)比對表 表1

高程比對表 表2

5 城市測量中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)效益

由于測繪院CORS參考站系統(tǒng)具有自動化程度高，精度高，覆蓋面積大的優(yōu)點(diǎn)，雖然只投入使用半年，但已深受測量員們的青睞，在測量過程中，只帶一臺CORS RTK流動站接收機(jī)，一根對中桿，一個電子手簿，一個人就能測量，測量的精度是厘米級，比常規(guī)的RTK少了1臺基準(zhǔn)站，測量時少了一個看基準(zhǔn)站的人，并且不用每次測量時尋找已知點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換，開機(jī)就能進(jìn)行測量。

(1)控制測量

控制測量是城市測量的先行工作，如何快速精確的提供控制點(diǎn)，直接影響后續(xù)測量工作的進(jìn)度和效率。常規(guī)的控制測量如:導(dǎo)線測量，至少需要投入4個人，要求點(diǎn)點(diǎn)通視，后續(xù)還需要平差計算，且精度不均勻。靜態(tài)GPS測量，雖然不需要點(diǎn)間通視且精度高，但觀測時間長，還需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)處理發(fā)現(xiàn)超限則必須返工。CORS RTK無論是作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢。韶關(guān)建成區(qū)國道323線與韶關(guān)大道共14 km帶狀地形圖測量，沿路布設(shè)了60個控制點(diǎn)，采用CORS RTK代替城市二級導(dǎo)線測量，只投入了2個測量員，1.5天就提交了控制成果。實(shí)踐表明CORS RTK投入使用后的成本只是傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量的1/3左右，而且時間大大縮短。

(2)界樁與道路中線放樣

CORS RTK用于點(diǎn)及線路放樣，放樣工作一個人就能完成，將點(diǎn)坐標(biāo)或線路的起點(diǎn)，終點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)和曲線半徑輸入電子手簿，即可放樣。放樣時屏幕有箭頭指示偏移方向和偏移量，便于東南西北移動，直到誤差小于設(shè)定的為止。在韶關(guān)丹霞山申請世界自然遺產(chǎn)活動中，17天就將丹霞山142個保護(hù)界碑放樣出來。與常規(guī)全站儀放樣相比，無須先做控制測量，無須受通視約束，大大降低了成本，節(jié)省了人員，提高了效率。

(3)數(shù)字地形測量

采用CORS RTK編碼法測圖，只需要一個人就能完成。在地形不復(fù)雜，比較開闊的地方，該模式有比較好的效果，比較適應(yīng)城郊區(qū)域的地形測量工作。韶關(guān)湞江區(qū)轉(zhuǎn)業(yè)園 1∶500地形圖測繪，總面積為1.7 km2，多為平整開闊地和內(nèi)部道路。我們投入2臺CORS RTK流動站，2名測量員，4天時間就結(jié)束了全部外業(yè)測圖工作。充分發(fā)揮了CORS RTK快速高精度定位的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)的測圖方法相比，人員少，費(fèi)用省，效率高。

6 體 會

(1)CORS是一個系統(tǒng)工程，建站時須兼顧多專業(yè)多部門的應(yīng)用，要為以后的升級，拓展規(guī)劃留有足夠的軟硬件空間，還要考慮到各流動站品牌的兼容性，如天寶，徠卡，南方等品牌都能作為CORS RTK流動站接收RTCM、CMR等差分?jǐn)?shù)據(jù)格式，穩(wěn)定使用。

(2)與靜態(tài)GPS相比，CORS RTK相對而言容易出錯，尤其在控制測量中，必須進(jìn)行可靠性檢查，確保CORS RTK正確后再進(jìn)行下一步工作。在使用CORS RTK進(jìn)行控制測量時，觀測次數(shù)(不同時段)要兩次，每次觀測初始化兩次，兩次初始化成果須野外比對結(jié)果，比對值為兩次初始化采集的最后一個歷元坐標(biāo)，較差必須小于 2MO，根據(jù)雙觀測值之差求觀測值中誤差來判斷CORS RTK的精度。

(3)在電離層和對流層強(qiáng)烈活動的情況下，CORS RTK定位誤差會很大或無法解算，所以應(yīng)該避開此時段。韶關(guān)地區(qū)11時～15時，CORS RTK定位精度很差且很難得到固定解。

(4)CORS RTK也有一定的局限性，即GPS定位的普遍問題，如信號遮擋、多路徑效應(yīng)及通訊問題，而且CORS RTK建站和設(shè)備的價格還是過高，這些問題會在短時間內(nèi)一定程度影響CORS技術(shù)的推廣應(yīng)用。

[1]黃俊華，陳文森.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(CORS)建設(shè)與應(yīng)用.北京:科學(xué)出版社，2009

[2]林頌，莫傳山.南寧市GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的體會.城市勘測，2008(4)

[3]肖育明.淺談GDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK在城市測量中的應(yīng)用.測繪時空，2008(3)

Establishment and Application of the Single Base CORS of Shaoguan Institute of Surveying and Mapping

Huang Yu，Dong LongQiao
(Shaoguan Institute of Surveying and Mapping，Shaoguan 512000，China)

This paper describes basic Information of CORS in Shaoguan Institute of Surveying and Mapping，Sets out the principles and construction process of the system，the application of measurement in the city.Summarizes the CORS used in the construction and application process in a number of specific practices and experiences.

single base of CORS；CORS RTK；Coordinate Transformation；City Survey

1672－8262(2010)03－62－04

P228

A

2009—08—21

黃毓(1978—)，男，工程師，主要從事城市測繪技術(shù)管理工作。