牡丹江市單CORS站的建立與應用研究

郭井剛

摘 要：結(jié)合具體的工程實踐，總結(jié)牡丹江市單基站CORS的建設和應用情況，研究基站的選擇與設立，網(wǎng)絡RTK模型的建立，然后對系統(tǒng)作業(yè)距離和系統(tǒng)的精度以及整體的穩(wěn)定性進行檢測，提出單基站CORS建設和應用中應該注意的問題。

關鍵詞：單基站CORS；網(wǎng)絡RTK；城市測量；精度檢測

引言

隨著GPS技術(shù)的日益成熟和通訊技術(shù)、信息技術(shù)與計算機技術(shù)的快速發(fā)展，目前在我國已有不少區(qū)域和城市建立了多基站連續(xù)運行GPS基準站系統(tǒng)（簡稱CORS），但是由于動輒幾百萬甚至是上千萬的資金投入，相對于那些受到自然條件和經(jīng)濟條件限制的中小型城市而言，顯然是無法在短時間內(nèi)建立起一套完整的CORS系統(tǒng)的，對于能建立起來的也是一種資源的浪費，因為投入和回報太不成比例。但是單基站連續(xù)運行GPS基準站系統(tǒng)（簡稱單基站CORS）資金投入較少，而且布設靈活，結(jié)構(gòu)簡單，易于后期的維護和管理，不僅可以獨立的使用，還可以隨時升級并網(wǎng)為多基準站連續(xù)運行基準站網(wǎng)網(wǎng)系統(tǒng)，可以為中小型城市中的測繪工程提供足夠精度的實時定位服務，大大的解決了資金投入與迫在眉睫的實際需要問題。下面針對牡丹江市單COSR站的建立具體的談一談應用心得和實際體會。

1 單基站CORS的設計與建設

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

單基站CORS系統(tǒng)由GPS參考站（基站），數(shù)據(jù)服務器，網(wǎng)絡通信模塊和流動站組成。基站包括GPS接收機，天線，避雷針，電源，數(shù)據(jù)服務器既是控制中心又是數(shù)據(jù)中心，分托管型和非托管型，托管型由供應商提供和維護，非托管型要建立獨立的數(shù)據(jù)服務器，基站與服務器相連。牡丹江市CORS采用的是非托管型服務器，系統(tǒng)基站采用的是拓普康GPS7400接收機，網(wǎng)絡通信采用GPRS/CDMA/EDGE數(shù)傳終端模塊。

1.2 基準站的選擇與建立

眾所周知RTK固定解的精度與出解時間與基站架設的位置有直接的關系，所以為了日常工作的效率以及成果的精度，我們的基準站架設地點應該選在易于安裝接收設備且視野開闊的地方，周圍高度角15度以上應該沒有任何的障礙物，以避免GPS信號被遮擋，同時附近不能有強電磁場或信號發(fā)射源，另外還要避開多路徑效應的影響，一定不能架設在大面積的水域周圍，避開鐵路和公路等易產(chǎn)生震動的地點和地質(zhì)構(gòu)造相對不穩(wěn)定的區(qū)域，并且保證基準站周圍有安全可靠的電源及通信系統(tǒng)，便于接入通信網(wǎng)絡；同時所處地點應該交通便利，便于以后的保養(yǎng)維護或后續(xù)的維修升級等。本著以上的原則和牡丹江的具體實際情況，CORS站選在了緊鄰測繪院旁一個五層公建的樓頂，一是此樓頂為周圍最高的建筑物，二是離本單位很近便于后續(xù)使用與保養(yǎng)維護。控制點為永久性標志，觀測墩為半永久性鐵質(zhì)柱狀觀測墩。

1.3 基站點的施測

牡丹江市單基站CORS基站點的平面位置按D級GPS精度，高程按四等水準精度要求施測。平面坐標系統(tǒng)采用1979年牡丹江城市坐標系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用1956年黃海高程系統(tǒng)。平面控制采用GPS靜態(tài)測量，采用邊連式構(gòu)網(wǎng)，使用6臺華測GPS接收機同步觀測多個時段，聯(lián)測城市三等控制點四個，經(jīng)華測GPS解算軟件解算平差后，各項精度指標滿足相關規(guī)范的要求。高程控制利用基站周邊牡丹江城市內(nèi)的二個國家一等水準點做為起算數(shù)據(jù)，利用三角高程代替四等水準的測量方法聯(lián)測了新布設的控制點和四個城市三等點及基站點，聯(lián)測成果滿足四等水準測量規(guī)范精度的要求。以上控制測量中所采用的儀器均在檢定有效期內(nèi)。

1.4 單基站CORS RTK模型的建立

本系統(tǒng)按GPS衛(wèi)星定位確定的位置是當?shù)氐匦膮⒖伎蚣芟碌淖鴺耍到y(tǒng)要把在整個地區(qū)的動態(tài)地心框架下的坐標轉(zhuǎn)換成滿足測繪和規(guī)劃工程的地方獨立坐標系中，因此就需要在二者之間建立一種嚴密的邏輯轉(zhuǎn)換關系，這就需要求解出轉(zhuǎn)換的七參數(shù)，所以我們將控制點的WGS84和地方坐標及高程成果導入GPS手簿內(nèi)自動解算出七參數(shù)，并且要保證所采用的控制點在平原地區(qū)與山丘地區(qū)均勻的分布，為了保證不同區(qū)域的接邊精度，必須在接邊處布設足夠的控制點，并把這些點應用到解算參數(shù)的過程中。所采用的控制點盡量的要多，高程擬合采用的已知點高程均為水準高程，以保證求解參數(shù)的準確性。從后續(xù)數(shù)據(jù)來看，牡丹江建立的模型滿足各項指標的要求。

2 單基站CORS系統(tǒng)的運行與測試

從牡丹江單基站CORS系統(tǒng)的籌備，建設到完成階段，總共經(jīng)歷了大概1個月的時間。為了驗證和評價系統(tǒng)的可靠性。作業(yè)范圍和作業(yè)精度等主要的指標，在系統(tǒng)建成后進行了試運行。基準站24小時連續(xù)運行工作沒有發(fā)生故障，只有移動站在網(wǎng)絡不好的地區(qū)出現(xiàn)無解的情況，但這是網(wǎng)絡造成的原因，與基準站本身沒有關系，下面具體從系統(tǒng)作業(yè)的距離與精度進行測試。

2.1 系統(tǒng)作業(yè)距離測試

在系統(tǒng)試運行期間，分別在距牡丹江周邊的樺林，柴河和磨刀石等地對系統(tǒng)進行了測試。移動站在20公里內(nèi)能夠快速的達到固定解，在25公里處也能達到固定解，到30公里以上有明顯的延遲現(xiàn)象。但這個距離已經(jīng)足夠滿足牡丹江市城區(qū)范圍內(nèi)的測繪工程，對于單基站的系統(tǒng)，作業(yè)距離還是很好的。

2.2 系統(tǒng)精度的檢測

牡丹江單基站CORS精度檢測采用城市內(nèi)已有的控制點進行檢測，檢測點在整個區(qū)域內(nèi)保證均勻分布，每一個有代表性的區(qū)域都有點位，最小作業(yè)半徑2.1千米，最大的作業(yè)半徑31.5千米。共有5個C級GPS點和15個D級GPS點參與了檢測。檢測結(jié)構(gòu)見表1，點位中誤差0.0193米，高程中誤差0.0231米，從結(jié)果可以看出來，在基準站正常工作的范圍內(nèi)，利用單基站CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡RTK模型所得到的測量成果完全可以滿足規(guī)范的要求。證明了系統(tǒng)的正確性和可靠性。

3 系統(tǒng)的應用效果

牡丹江單基站CORS系統(tǒng)建立前，市內(nèi)的工程測量均采用常規(guī)的測量方法進行，在每個工程開始前，先要在首級控制基礎上進行一、二級導線的布設，最后根據(jù)工程需要加密圖根點，共需要進行三級布網(wǎng)。而采用了單基站CORS RTK測量后，則可在四等網(wǎng)的基礎上直接加密圖根點，節(jié)省了大量的寶貴時間，并且減少了誤差的傳播，提高了整個工程的測設精度。下面以具體工程為實例：牡丹江市江南新區(qū)對俄經(jīng)濟貿(mào)易園區(qū)大概占地10平方公里，至少需布設約640個圖根點。如果按照傳統(tǒng)的全站儀布測大約需要10天左右的時間，需要2個選點人員與3個測量人員；若采用一臺RTK，則只需要5天左右時間即可完成，需要1個選點人員與1個測量人員。再以定線測量和撥地測量為例，傳統(tǒng)的方法需要至少3人進行作業(yè)，而使用RTK測量以后只需要一個人即可完成。從以上舉的2個實例我們不難發(fā)現(xiàn)，單基站CORS系統(tǒng)投入使用以后大大的節(jié)約了測量外業(yè)的作業(yè)時間，節(jié)省了測量技術(shù)人員的投入使用，測量的成本也遠遠的低于以前的水平。這都是單基站CORS RTK給我們帶來的巨大效益。

4 結(jié)束語

牡丹江單基站COSR系統(tǒng)的建立雖然投入較少，但滿足了當?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務的需要，施工短，見效快，靈活性強，便于以后的升級和擴展。建立起來以后使用率非常的高，而且極大的減輕了測量外業(yè)人員的勞動強度。隨著GPS接收機價格的降低，通訊網(wǎng)絡的不斷改善，特別是手機4G業(yè)務的日益成熟，單基站CORS系統(tǒng)在中小區(qū)域中將會更加發(fā)揮它的巨大作用。