HeNCORS系統(tǒng)在水利工程測量中的應(yīng)用

商治河

(河南省水利勘測有限公司 河南 鄭州 450003)

0 引言

連續(xù)運行參考站系統(tǒng) (Continuously Operating Reference Stations，CORS)是集成了衛(wèi)星定位（GPS、GLONASS、COMPASS、GALILEO等）、通訊、有線及無線網(wǎng)絡(luò)和氣象采集等技術(shù)，是一個不間斷地面信息源采集系統(tǒng)，是坐標框架建設(shè)和維持的主要技術(shù)手段和基礎(chǔ)設(shè)施。CORS系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS基準參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項目的系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的GPS RTK測量技術(shù)需要測區(qū)附近控制點點位數(shù)據(jù)，需要專門架設(shè)基準站，而且基準站的RTK改正數(shù)只在基準站有效距離內(nèi)才有效，作業(yè)范圍受到一定的距離限制。而CORS將網(wǎng)絡(luò)化概念引入到了大地測量應(yīng)用中，CORS信號來自遍布全省各地的基準參考站。網(wǎng)絡(luò)RTK使用了一組覆蓋大面積的參考站所提供的改正數(shù)信息，增大了覆蓋范圍、最佳的可靠性、更快捷的流動站的初始化、均質(zhì)的高精度、更高的生產(chǎn)率。CORS集成了衛(wèi)星導(dǎo)航定位、數(shù)字通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，形成了一個不間斷的地面信息采集系統(tǒng)。CORS基準站在接收了多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)娇刂浦行摹？刂浦行膶@些數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，去掉一些所謂的壞數(shù)據(jù)，并比照全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所提供的星歷和衛(wèi)星軌道數(shù)值轉(zhuǎn)化為定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)，處理成終端用戶所支持的數(shù)據(jù)格式，再根據(jù)用戶的位置和具體要求，將相應(yīng)精度數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的簽約用戶終端。

1 HeNCORS系統(tǒng)基本概況

河南省連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（Henan Provincial Continuously Operating Reference Stations，簡稱HeNCORS）項目是河南省測繪局“十一五”規(guī)劃及河南省測繪局發(fā)展規(guī)劃重點項目。該項目由河南省測繪工程院與河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局聯(lián)合建設(shè)，武漢大學提供技術(shù)方案和數(shù)據(jù)處理服務(wù)，河南省氣象局和中國移動河南分公司協(xié)助建設(shè)，瑞士徠卡公司、美國天寶公司負責相應(yīng)軟硬件、技術(shù)支持、咨詢和調(diào)試服務(wù)。

HeNCORS旨在河南省建立一個高精度、高效率、高覆蓋率的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）綜合信息服務(wù)網(wǎng)，把GNSS這一高新技術(shù)綜合應(yīng)用于河南省境內(nèi)的大地測量、工程測量、氣象監(jiān)測、地震監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測以及城市地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域，同時兼顧公共定位服務(wù)，以滿足日益增長的城市綜合管理與現(xiàn)代化建設(shè)的需求。它是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、測繪學、氣象學、地理信息系統(tǒng)與現(xiàn)代通訊技術(shù)等的有機結(jié)合。HeNCORS不僅可以向不同測繪用戶提供高精度、連續(xù)的時間和空間基準，并可向其它專業(yè)用戶提供導(dǎo)航、時間、災(zāi)害預(yù)報等領(lǐng)域提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖1 HeNCORS系統(tǒng)站點分布圖

1.1 站點分布

HeNCORS系統(tǒng)2010年12月建成，在省內(nèi)共建設(shè)56個連續(xù)運行參考站，覆蓋整個省域，參考站間距最長90km，最短10km，平均站間距離61km。站點分布如圖1。

1.2 系統(tǒng)組成

HeNCORS網(wǎng)絡(luò)是以控制中心為中心節(jié)點的遍布河南省的星型網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP／IP,服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Window 2003 Server,工作站操作系統(tǒng)采用Window XP。HeNCORS系統(tǒng)由參考站子系統(tǒng) （Reference Station Sub-System,RSS）、數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng) （Data Communication Subystem,DCS）、控制中心（System Management Center,SMC）、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng) （Data Distribution System,DDS）、服務(wù)系統(tǒng)（User Services Sub-System,USS）組成，HeNCORS各個子系統(tǒng)組成如下圖(圖2)。

圖2 HeNCORS系統(tǒng)組成簡圖

表1

1.3 系統(tǒng)精度指標

HeNCORS系統(tǒng)技術(shù)主要包括定位和導(dǎo)航兩部分，如表1。

2 HeNCORS系統(tǒng)的運用

HeNCORS系統(tǒng)和RTK實時衛(wèi)星定位系統(tǒng)原理一樣，利用GPS差分定位技術(shù)，獲取實時差分定位解。用戶須到CORS中心申請一個用戶賬號（用戶名），獲得一個CORS系統(tǒng)差分信息接收器，按流量繳納一定的網(wǎng)絡(luò)使用費，CORS系統(tǒng)差分信息接收器移動或聯(lián)通公司（GSM、GPRS、CDMA等）的系統(tǒng)差分信息。用戶配置一臺或多臺雙頻GPS衛(wèi)星定位接收機，就能展開外業(yè)測量工作。

在不同水利工程測繪項目中，每個測量項目都要有一個測量坐標系統(tǒng)，由于HeNCORS系統(tǒng)提供的是WGS84坐標系，與測量項目實際坐標系不一致，所以要進行WGS84坐標與測量項目實際坐標（西安80坐標系、北京54坐標系、獨立坐標系等）之間進行轉(zhuǎn)換，也就是求出WGS84坐標與測量項目實際坐標的轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換參數(shù)常用7參數(shù)法，轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取常用以下兩種方法：

（1）測區(qū)內(nèi)或周邊有多個國家高等級（D級以上GPS）控制點，控制點有精確WGS84坐標和相應(yīng)的直角坐標成果，選擇分布均勻且能控制整個測區(qū)的4個以上控制點，在CORS流動站測量手薄中進行參數(shù)轉(zhuǎn)換，求得7參數(shù)。

（2）測區(qū)內(nèi)或周邊控制點只有直角坐標成果。首先選擇分布均勻且能控制整個測區(qū)的4個以上控制點，利用CORS系統(tǒng)精確測量出各控制點的WGS84坐標，然后利用測量出

的各控制點的WGS84坐標匹配直角坐標成果，在CORS流動站測量手薄中進行參數(shù)轉(zhuǎn)換，求得7參數(shù)。

HeNCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK的實時測量精度能夠達到厘米級精度，可以在水利工程測量中廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)RTK的測量方法已改以前傳統(tǒng)基準RTK作業(yè)模式，方便、及時快速的獲得測量點實時坐標。厘米級精度在水利工程中用于圖根控制測量、地形圖測繪、水下地形測量、河道縱橫斷面測量、工程施工放樣及竣工驗收測量等測量項目。CORS系統(tǒng)可以實時了解定位精度，同時在全天候作業(yè)、減少人力、節(jié)約成本、提高作業(yè)效率等方面有著先進的優(yōu)越性。如河南省某配套輸水工程，在規(guī)劃設(shè)計階段，利用HeNCORS系統(tǒng)短期內(nèi)完成了38條輸水線路820km1∶2000帶狀地形圖和圖根控制測量；在初設(shè)階段，又快速完成全部輸水線路的定線測量、縱橫斷面測量、征地范圍線測量等。

CORS提供的毫米級事后精密定位數(shù)據(jù)服務(wù)可以為大型水工建筑物（橋梁、堤壩、水庫、閘門等）的變形監(jiān)測提供高精度參考基準，特別是要進行實時的安全監(jiān)測和特殊時期（如汛期）進行連續(xù)不間斷的變形監(jiān)測，CORS系統(tǒng)是實現(xiàn)重要水工建筑物安全監(jiān)測的全自動化必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。

CORS提供的分米級和米級數(shù)據(jù)服務(wù)也可以用于水資源調(diào)查、水環(huán)境監(jiān)測、水土保持監(jiān)測和防汛應(yīng)急指揮等。

3 HeNCORS系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點

CORS系統(tǒng)與常規(guī)的GPS RTK實時定位技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢∶

（1）用戶無需架設(shè)參考站，減少了架設(shè)參考站引起的系統(tǒng)誤差，并且節(jié)省了大量的時間，降低作業(yè)成本，提高工作效率。

（2）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)克服了常規(guī)RTK的局限性，擴展了RTK的作業(yè)半徑，在CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)能夠得到均勻的精度，避免了常規(guī)RTK的誤差隨著作業(yè)距離的增大而增長的缺點。

（3）在CORS系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)測繪系統(tǒng)和定位精度的統(tǒng)一，便于測量成果的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和多用途處理。

4 HeNCORS系統(tǒng)應(yīng)用的一些經(jīng)驗

（1）在測量項目進行坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求取時，應(yīng)盡量采用測區(qū)內(nèi)能覆蓋整個測區(qū)且均勻分布的4個以上的已知點當進行坐標轉(zhuǎn)換后，坐標分量殘差應(yīng)小于±2 cm，否則要用新的已知點進行重新轉(zhuǎn)換，直到坐標分量殘差符合要求。坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)完成后，應(yīng)對測區(qū)內(nèi)其他未參加坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求取得已知點進行校核，檢驗利用CORS系統(tǒng)測出的坐標和已知點坐標比較是否在誤差允許范圍內(nèi)。

（2）在外業(yè)測量時，網(wǎng)絡(luò)RTK接收機開機后長時間登陸不上CORS網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)關(guān)機后重新連接登陸CORS網(wǎng)絡(luò)，如果一直沒有網(wǎng)絡(luò)信號，應(yīng)電話聯(lián)系CORS中心咨詢網(wǎng)絡(luò)運行情況。

（3）在遠離基準站或偏遠的測區(qū)，不能很好地接收到CORS信號，可以在WGS84坐標系統(tǒng)下進行靜態(tài)觀測，采集不少于10分鐘的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)送給CORS中心，CORS中心可以事后精密定位數(shù)據(jù)處理，求出觀測點得精確坐標。這種測量方法對沒有已知點的偏遠的測量項目尤為重要，能快速解決測量控制點問題。

（4）和靜態(tài)GPS測量相比,網(wǎng)絡(luò)RTK測量相對而言容易出錯,必須加強質(zhì)量控制，尤其在控制測量中應(yīng)進行內(nèi)部和外部的可靠性檢查，確保網(wǎng)絡(luò)RTK測量系統(tǒng)正常后再進行下一步的工作。

5 結(jié)語

CORS系統(tǒng)是目前國內(nèi)乃至全世界GPS的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢，國內(nèi)多個省份和城市已經(jīng)建立起完整的系統(tǒng)，并得到了廣泛的應(yīng)用。HeNCORS系統(tǒng)的建立，為河南基礎(chǔ)測繪建立了平臺，實現(xiàn)了不同坐標系間的轉(zhuǎn)換，開創(chuàng)了一種新的測繪手段。HeNCORS系統(tǒng)將大大加速測量進入信息化、數(shù)字化和自動化的進程，使基礎(chǔ)測繪工作得以更快捷、更廣泛的形式開展，也必將在水利工程測量中得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］國家測繪局.全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范[S].北京：測繪出版社，2010.

［2］王軍見，吳孔軍，遠順立.基于CORS的地質(zhì)信息連續(xù)采集運行系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學技術(shù)與工程，2008，8(15)∶4284－4291.

［3］劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)：城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J].武漢大學學報，2003（6）：259-264.

［4］陳俊勇，黨亞民.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的進展及建設(shè)CORS的思考[J].地理空間信息，2009，6.