單基站CORS在電力線路測量中的應(yīng)用

王春林，高 飛，李書群

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

隨著GPS技術(shù)的日臻完善和成熟，目前在我國不少地區(qū)已建成多基站連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（簡稱CORS），CORS系統(tǒng)可以全天候提供實時服務(wù)［1］。但由于受到經(jīng)濟因素和自然因素的影響，部分中小城市還無法短時間內(nèi)建立CORS系統(tǒng)。由此單基站連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（簡稱單基站CORS）應(yīng)運而生，其布局靈活、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，并且易于維護和管理，還可隨時并入城市多基站連續(xù)運行參考站系統(tǒng)，可對中小城市測繪工程提供足夠精度的實時定位服務(wù)［2］。

2011年，我單位建立單基站CORS系統(tǒng)，并對本市電力線路系統(tǒng)進行測量。經(jīng)過調(diào)研、分析和論證，將單基站CORS系統(tǒng)成功運用于電力線路測量項目中，不僅滿足項目實際需要，極大降低作業(yè)勞動強度，提高生產(chǎn)效率，還為其他測量項目提供成功案例，服務(wù)于城市基礎(chǔ)測量。

1 單基站CORS的建設(shè)

1.1 系統(tǒng)組件

單基站CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和流動站組成?；鶞?zhǔn)站包括GPS接收機、電源、天線、避雷針。系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器為托管型服務(wù)器，由供應(yīng)商提供和服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊均采用GPRS／CDMA／EDGE數(shù)傳模塊。系統(tǒng)基站采用徠卡GRX 1200＋接收機。

1.2 基站點

1.2.1 基站點位置的選取

流動站固定解的解算與基準(zhǔn)站的公共衛(wèi)星數(shù)有關(guān)，所以基準(zhǔn)站的位置必須在視場開闊的地方，視場周圍15°以上應(yīng)避免障礙物；周圍不能有強磁場干擾GPS通訊；同時應(yīng)注意多路徑效應(yīng)的影響，避免在周圍有大面積水域；避開道路等振動強烈的位置以及不穩(wěn)定地質(zhì)構(gòu)造帶；交通應(yīng)便利［3］。根據(jù)這個原則，本系統(tǒng)基準(zhǔn)站選址在單位樓頂，控制點為永久性標(biāo)志，觀測墩為永久性觀測墩（見圖1）。

1.2.2 基站點的施測

本次所建單基站系統(tǒng)基站點的平面位置按照C級GPS精度要求進行施測。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954北京坐標(biāo)系。平面控制采用靜態(tài)測量，采用邊連式構(gòu)網(wǎng)。此次基準(zhǔn)點的施測與本市電力部門整個市區(qū)電網(wǎng)控制點的施測聯(lián)合進行，共聯(lián)測21個國家控制點，本系統(tǒng)基準(zhǔn)點點號為GDCL，數(shù)據(jù)處理采用徠卡LGO數(shù)據(jù)處理軟件，網(wǎng)形見圖2。

圖1 基站點照片

圖2 基站GPS觀測網(wǎng)形

2 單基站CORS系統(tǒng)應(yīng)用線路測量

通過將單基站CORS系統(tǒng)應(yīng)用于本市電力系統(tǒng)線路測量項目中，檢驗系統(tǒng)運行狀態(tài)、定位精度和用戶流動站兼容性指標(biāo)等。通過系統(tǒng)測試后，證明系統(tǒng)運行狀態(tài)良好?；鶞?zhǔn)站白天項目應(yīng)用時連續(xù)工作，夜間關(guān)閉，沒有發(fā)生故障，服務(wù)器軟件運行良好。基準(zhǔn)站偶爾因網(wǎng)絡(luò)原因掉線，但自動重連后可以繼續(xù)工作［3］。

2.1 電力線路測量特點

由于城市電力線路網(wǎng)縱橫交錯，變電站平均分布在城市范圍之內(nèi)，線路貫穿整個市區(qū)，測量線路不在某一個區(qū)域內(nèi)，所以不宜應(yīng)用覆蓋范圍狹小的單個RTK基準(zhǔn)站進行測量工作。如果應(yīng)用單個RTK基準(zhǔn)站測量，則須在整個市區(qū)范圍內(nèi)不停地架設(shè)基準(zhǔn)站，不斷變換基準(zhǔn)站位置，耗時、耗力，并且工作效率極低。

2.2 常規(guī)RTK在線路測量中的劣勢

針對常規(guī)RTK測量，受到的干擾條件很多，總結(jié)如下：

1）衛(wèi)星信號問題。RTK初始化時需要5顆以上衛(wèi)星，這在城市建筑密集區(qū)有時有一定的困難。另外，經(jīng)統(tǒng)計分析，某些時段衛(wèi)星數(shù)不到5顆。

2）數(shù)據(jù)鏈傳輸問題。在城市地區(qū)，由于高樓大廈的阻擋和無線電波的干擾，對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。

3）氣象因素。在天氣變化迅速的情況下，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)RTK會產(chǎn)生粗差［4］。

2.3 單基站CORS系統(tǒng)在線路測量中的優(yōu)勢

單基站CORS系統(tǒng)作用距離足以滿足中小城市市區(qū)電力線路測量覆蓋范圍。在系統(tǒng)運行期間，對系統(tǒng)作用距離進行測試，在30km以內(nèi)快速達(dá)到固定解，35km處很容易達(dá)到固定解，可彌補常規(guī)RTK在線路測量中的不足。通過應(yīng)用單基站CORS系統(tǒng)，避免了重復(fù)架設(shè)基準(zhǔn)站，省去一大部分的人力、物力，極大提高了線路測量的工作效率。

本次所建單基站CORS系統(tǒng)為雙星接收機，接收GPS信號和GLONASS信號，雙星數(shù)目統(tǒng)計分析見圖3、圖4，各時段可接收衛(wèi)星數(shù)目變化較大，故在統(tǒng)計結(jié)果基礎(chǔ)上，對外業(yè)進行合理安排，保證工作效率，避免重復(fù)勞動，另外基準(zhǔn)站的不間斷觀測為外業(yè)人員提供了有力的保障。

由圖3、圖4可知，可接收雙星數(shù)目大部分保持在10顆到25顆之間，少數(shù)時段少于5顆。統(tǒng)計數(shù)據(jù)與外業(yè)實際情況也相吻合，當(dāng)某個時段衛(wèi)星數(shù)目很少時，外業(yè)流動站則很難達(dá)到固定解。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)的研究，更好地制定外業(yè)測量時間，對于避免重復(fù)勞動，提高工作效率，具有很大幫助［5］。

2.4 單基站CORS系統(tǒng)精度測試

系統(tǒng)精度檢測采用已知點檢核。已知點檢核分別對測區(qū)內(nèi)的10個已知控制點進行了檢測（見表1），經(jīng)統(tǒng)計，觀測值中誤差

表1 已知點檢核

經(jīng)過系統(tǒng)對10個已知點檢核，測試點均勻分布在市區(qū)范圍內(nèi)，最小作業(yè)半徑在1km之內(nèi)，最大作業(yè)半徑在35km左右，檢測點位中誤差為0.01814m，平面精度滿足線路測量精度要求，說明結(jié)果有較好的內(nèi)符合精度和較好的穩(wěn)定性。由于本次電力線路測量項目高程精度不作要求，故在項目實際中，并未對高程精度進行控制，在測試某些點時天線高并未量取，故高程精度不作為精度指標(biāo)。

電力線路覆蓋市區(qū)，有少數(shù)單基站CORS系統(tǒng)覆蓋范圍達(dá)不到的地方，利用覆蓋范圍內(nèi)的流動站點位坐標(biāo)做引點，往電力線路前進方向延伸，對于引點坐標(biāo)進行靜態(tài)測量檢核，靜態(tài)GPS測量按照國家GPS C級網(wǎng)要求進行施測。利用市區(qū)已知點與引點進行聯(lián)測，得到離單基站40km左右的引點靜態(tài)坐標(biāo)，網(wǎng)形見圖5，檢核點坐標(biāo)見表2。圖5中01號點為控制點，02號和03號為引點。

圖5 靜態(tài)測量基線圖

表2 靜態(tài)法檢測坐標(biāo)較差

可以看出，引點坐標(biāo)與靜態(tài)控制X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)相差在6mm以內(nèi)，故利用單基站CORS系統(tǒng)建立引點，經(jīng)度完全達(dá)到要求。由此可見，單基站CORS系統(tǒng)實際作用距離遠(yuǎn)不止35km，在覆蓋范圍以外可適當(dāng)做引點增加實際工作距離，故單基站CORS系統(tǒng)完全能夠滿足中小城市市區(qū)電力線路測量工作。本次電力線路測量共運用單基站CORS系統(tǒng)施測約3000個塔基，經(jīng)檢核，精度均達(dá)到電力部門要求。

2.5 流動站接收機兼容性測試

為驗證所建單基站CORS系統(tǒng)對接收機的兼容性，在本次電力線路測量中，分別運用徠卡1200型接收機、徠卡1230型接收機、南方靈銳S82型接收機和南方靈銳S86型接收機分別對不同線路進行實際觀測，檢測結(jié)果為：徠卡系列接收機點位中誤差為0.015m；南方系列接收機點位中誤差為0.020m。結(jié)果表明：本單位所建單基站CORS系統(tǒng)可以適用于不同廠家、不同型號的接收機的流動站，兼容性較好。

2.6 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過本次電力線路測量項目驗證，結(jié)合中小城市實際條件建立單基站CORS系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。

1）投入成本低。建立單基站CORS系統(tǒng)僅需充分利用現(xiàn)有設(shè)備資源，用戶只需留有一臺GPS接收機作為基準(zhǔn)站長期運行，其余可作為流動站使用，滿足當(dāng)?shù)夭煌瑢哟斡脩魷y量需求。

2）覆蓋范圍廣。單基站CORS采用GPRS／CDMA等覆蓋范圍極廣的電信網(wǎng)絡(luò)信號作為數(shù)據(jù)傳輸載體，取代傳統(tǒng)RTK電臺信號，克服了傳輸距離的限制，只要有手機信號的地方就可接收到基準(zhǔn)站差分信息。經(jīng)過實踐證明，單基站有效距離約35km，范圍再擴大時，可根據(jù)需求多做引點，實際作用距離可達(dá)50km。可滿足中小城市大部分測量用戶需求［6］。

3）數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠和安全。經(jīng)過實踐證明，基準(zhǔn)站連續(xù)觀測，作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，用戶采用授權(quán)方式進行作業(yè)，保證數(shù)據(jù)安全［7］。

3 結(jié)束語

經(jīng)過實踐證明，建立單基站CORS系統(tǒng)可以很好地完成工程項目。不僅提高了工作效率，降低了工作成本，還極大地減輕了測量人員的勞動強度，做到了一人一個桿就可完成工作任務(wù)。本系統(tǒng)應(yīng)用于線路測量，更加凸顯出其優(yōu)勢，在當(dāng)今條件下，不僅適用于線路測量，也可推廣到其他測量工作，如地形圖的繪制、土地勘測和界址點測量等。由于本次工程項目工期緊，系統(tǒng)應(yīng)用還有諸多不足，如未考慮高程精度，在以后的測試應(yīng)用中，將逐一彌補不足，使系統(tǒng)日趨完善。

［1］周良，劉經(jīng)南，張全德.2000年前后 GPS進展?fàn)顩r［J］.測繪軟科學(xué)研究，1998（3）：23-27.

［2］李元征，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

［3］魏瑞娟，李學(xué)軍，任維成，等.單基站CORS的建設(shè)與應(yīng)用研究［J］.測繪通報，2010（6）：23-26.

［4］劉大杰 ，施一民.全球定位系統(tǒng)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，1996.

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

［6］劉經(jīng)南，劉輝.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(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2003，28（3）：9-14.

［7］Huang D F，Qin J.GPS based target monitoring and navigation of flying balloon equiped remote sensing，proceeding of symposium on enviromental remote sensing［J］.SPIE，1998（4）：30-35.

［8］吳俐民，吳子群.GPS系統(tǒng)參考站系統(tǒng)理論與實踐［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.