南方單基站CORS在校內控制測量中的應用

靳合波， 吳學超， 袁興明(.青島理工大學(臨沂) 工程管理系， 山東 臨沂 7400；.山東省國土測繪院， 山東 濟南 500；

3.山東工業職業學院 建筑與信息工程系， 山東 淄博 256414)

隨著GPS技術的飛速進步和應用普及以及信息技術、計算機技術的快速發展，GPS在工程建設中的作用已越來越重要.利用多基站網絡RTK技術建立的連續運行衛星定位服務綜合系統(Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS)已成為工程建設GPS應用的發展熱點之一[1-2].我國現行建立的CORS系統包括基準站網、數據處理中心、數據傳輸系統、、定位導航數據播發系統、用戶應用系統五個部分，各基準站與監控分析中心間通過數據傳輸系統連接成一體，形成專用網絡.CORS系統在工程建設中具有布局靈活、費用低、精度高、效率快的特點，尤其是在高等學校測量教學和實習場地建設的應用比較方便[3-4].

學校辦學歷史悠久，大部分基礎建筑建設已經完成，學校建設之初所布設的校園控制點已經大部分被破壞，即使保留完整的控制點隨著時間變化精度也發生了變化，并且當時的控制點都是利用全站儀獲取數據手工計算得到，精度難以利用到現在的工程建設和實習場地中.由于學校操場建設的年歲日舊，難以保證學生的體育課和課余時間的使用，亟需建設新型的操場.針對學校操場建設和校園實習場地，利用南方單基站CORS對全校進行了整體控制和原有控制點恢復.

利用南方單基站CORS對全校進行了整體控制，布設了23個控制點，并且同時利用GPS靜態定位獲取了原有控制點坐標.通過對GPS和CORS測量的坐標，對比分析得出南方單基站CORS獲取的坐標精度較高，能夠滿足校園工程建設和實習場地測量精度要求.

1 南方單基站CORS的發展和現狀

1.1 GPS RTK定位原理

GPS RTK測量系統至少包含兩臺GPS接收機，其中有一臺安置在基準站上，另外的接收機分別安置在不同的流動站上.基站站要安置在測區較高地方，而且要求觀測條件良好、周圍無遮擋物，在作業過程中實時向用戶流動站傳輸坐標解算參數[1,5]，具體工作原理圖如如圖1所示.

圖1 GPS RTK測量原理圖

1.2 GPS RTK定位分析

1.2.1 RTK測量主要技術要求

(1)定位中誤差相對于起算點來說不得超過±5cm；

(2)同一地區布設3個以上的RTK控制點；

(3)平面控制點應嚴格進行外業校核，南方GPS接收機可以采用三點校正求取七參數方法和單點校正.

1.2.2 RTK測量誤差

GPS RTK在測量過程中受到衛星信號、傳播路徑、與GPS基準站之間距離以及無線電傳輸信號強度等誤差影響.

1.3 CORS系統建立

由于GPS衛星信號誤差來源，以及RTK在使用過程中需要的控制點數量等情況，導致定位測量過程中不僅影響了定位精度而且降低了工作效率.針對以上原因國家建立了一系列連續運行衛星定位服務綜合系統簡稱CORS站.CORS站的建立提高了測量定位精度、節約了測量成本、提高了測量效率；可以對工程建設進行實時有效的監測，能夠快速預測出工程變形；CORS站是未來城市發展建設信息化的重要組成部分，可以對城市空間信息由原來的空間位置提升到城市空間數字化[4-6].

1.4 南方單基站CORS系統

1.4.1 單基站CORS系統原理(圖2)

單基站CORS系統工作原理可以認為只有一個連續運行參考站.類似于GPS RTK測量過程的1+1或者1+n工作模式，唯一的區別就是CORS系統由一個連續運行的基準站代替了GPS RTK測量的基準站.連續運行基準站包含一個控制軟件和服務器，能夠實時監控衛星的狀態，存儲和發送相關數據，以及同時提供網絡差分服務和用戶管理[7-8].

圖2 CORS系統的原理

1.4.2 CORS系統建設

基準站由觀測墩(圖3)和儀器室兩部分構成.我校建設的南方單基站CORS系統觀測墩建立于2號樓樓頂，儀器室在屋頂下面的實驗室，能夠提供全天的電力供應和網絡信號.

圖3 觀測墩

1.4.3 CORS系統連接

目前最常見的上網方式為ADSL，ADSL可以是專線方式(靜態地址)，虛擬撥號方式(動態地址).使用網絡又可分為ADSL直連internet和通過局域網連接internet.南方CORS服務器連接在局域網內，需將SOUTH CORS的內網IP 192.168.1.11影射到外網IP 121.33.243.70，即在路由器上要設置虛擬服務器影射192.168.1.11，這樣外網才可訪問SOUTH CORS[8].

2 學校控制網復測

校園控制網的恢復測量工作主要是利用南方單基站CORS系統，對校園內的控制點進行了詳細的測量.并且利用南方GPS靜態觀測處理的結果和GPS RTK測量的結果與CORS系統測量的結果對比分析，具體的觀測成果和分析結果如下.

2.1 GPS靜態坐標測量

選擇天氣晴朗的一天，利用4臺南方靈銳S86 GPS接收機對校園內保存完整的控制點與城市控制點坐標聯測，得到原有控制點的坐標.獲取校園控制點在城市坐標下的三維坐標，依據全球定位系統城市測量技術規程的要求，控制網最弱點點位中誤差和最弱邊相對中誤差均達到了GPS控制網的精度指標(表1).

2.2 GPS RTK坐標測量

南方GPS接收機設置成基準站和RTK移動站模式，根據校園GPS控制網，利用KZ1、 KZ5、KZ8三點求得坐標轉換參數，把WGS-84坐標轉換成城市坐標.利用RTK對校園GPS原控制網中保存較完好的點逐一進行測量，實時保存每個測量數據，觀測完畢進行數據傳輸并且與GPS靜態結果對比分析分析(表2).

表1 保存完整控制點坐標

表2 GPS RTK測量成果與靜態測量分析結果

通過對GPS RTK測量的坐標與靜態測量的坐標分析，可以得出相對誤差最大25mm，最小6mm，平均誤差X方向20mm，Y方向誤差為17mm.

2.3 CORS系統坐標測量

利用南方CORS系統對校園內布設的GPS控制網進行逐點觀測，并且保存觀測成果.觀測完畢進行數據傳輸和內業數據整理.南方CORS觀測成果分別與校園GPS靜態成果和GPS RTK測量結果進行比較.具體結果見表3和表4.

表3 南方CORS系統測量成果與靜態測量分析結果

表4 南方CORS系統測量成果與

通過對南方CORS系統測量的坐標與靜態測量的坐標分析，可以得出相對誤差最大22mm，最小12mm，平均誤差X方向16mm，Y方向誤差為17mm；與GPSRTK測量精度對比分析，由于所測的區域面積有限，兩種RTK測量精度基本一致.

南方GPS RTK和CORS系統兩套方案測量的部分控制點的坐標與靜態控制點坐標對比分析可以得出，坐標差值的相對誤差都較小，平面X方向坐標相對誤差均在25mm之內，Y方向坐標相對誤差均在20mm之內.這一精度能夠滿足測繪及相關專業的導線測量、圖根控制和大比例尺數字化測圖的精度要求.

3 結論

(1)本文主要利用南方單基站CORS對校園GPS控制網內的控制點進行測量作業，分析了兩種方案測量坐標的精度，以此來檢驗南方單基站CORS系統的測量精度，穩定性，可靠性.經過檢驗結果可以得出南方單基站CORS系統穩定，操作簡單，精度高，擴大了作業范圍，用來恢復校園內的控制網節省了人力、物力和財力.

(2)通過對校園控制網進行了坐標復測可以得出，坐標相對誤差都在25mm之內，新建控制網點的坐標精度完全滿足了校園測量實習和學校操場建設的精度要求.

(3)校園GPS控制網點在使用過程中由于基礎建設和人為原因，經常導致點位破壞或者數量減少，可以利用南方單基站對校園內點位坐標進行恢復或者重新改造校園控制網.

[1] 劉經南,劉暉.連續運行衛星定位服務系統—城市空間數據的基礎設施[J].武漢大學學報：信息科學版,2003(6):259-264.

[2] 楊光.基于CORS平臺的三維坐標在線轉換系統[J].測繪通報,2008(11) :11-13.

[3] 陽力,呂超.CORS系統衛星跟蹤基準站建設的探討[J].地理空間信息,2007(1):30-31.

[4] 周立民.建立CORS的必要性和意義[J].南方測繪報，2004,5(3):46-51.

[5] 汪偉,史廷雨,張志全.CORS系統應用發展與展望[J].城市勘測，2010(3):44-47.

[6] 宋雅楠.CORS技術在公路工程中應用前景展望[J].遼東學院學報，2010(6):116-118.

[7] 黨紅寇,李德明,張偉.CORS技術在礦山測量中的應用[J].淮海工學院學報，2011(12):31-33.

[8] 李菲,黃鄂.單基站CORS校園測量實習教學研究[J].科技咨詢,2012(24):22-23.