CORS-RTK在海岸侵蝕監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

劉宗強(qiáng)，劉欣，韓恒星

(山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266590)

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CORS-RTK在海岸侵蝕監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

劉宗強(qiáng)，劉欣，韓恒星

(山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266590)

本文介紹了CORS-RTK的應(yīng)用原理，以山東沿海侵蝕監(jiān)測(cè)工程為例，給出岸線監(jiān)測(cè)，岸灘地形測(cè)量、海堤高程測(cè)量應(yīng)用示例，簡(jiǎn)要總結(jié)了CORS-RTK的技術(shù)特點(diǎn)和測(cè)量過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及CORS-RTK的技術(shù)應(yīng)用前景。

海岸侵蝕；CORS-RTK；測(cè)量

0　引　言

隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展以及國內(nèi)外對(duì)連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)(CORS)的大力建設(shè)，CORS-RTK這種測(cè)量模式已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RTK測(cè)量技術(shù)，越來越多地應(yīng)用在工程測(cè)量、礦山測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)以及地形圖測(cè)繪等測(cè)量領(lǐng)域[1]。相比于常規(guī)RTK測(cè)量，CORS-RTK技術(shù)具有便利性、高效性、精度較高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還克服了常規(guī)RTK隨著測(cè)量距離的增加其定位的精度和可靠性不斷降低這一難題。因此，將CORS系統(tǒng)與RTK技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在測(cè)量工作中將會(huì)有巨大的發(fā)展前景[2-3]。

山東省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SDCORS)自2009年4月開始建設(shè)以來，在山東沿海地區(qū)如青島、煙臺(tái)等地已經(jīng)建立了相當(dāng)規(guī)模的CORS站點(diǎn)。這就為CORS-RTK技術(shù)在山東海岸侵蝕監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用提供了便利條件，這也是變形測(cè)量技術(shù)的巨大革新。

1　CORS-RTK的工作原理

CORS系統(tǒng)由參考站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)播發(fā)中心、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)及用戶接收機(jī)等部分組成。如圖1所示，各系統(tǒng)由數(shù)據(jù)通信鏈路聯(lián)系起來，形成一個(gè)分布于整個(gè)地區(qū)的局域網(wǎng)。CORS在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)大體均勻地布設(shè)多個(gè)永久性的連續(xù)運(yùn)行GPS參考站，構(gòu)成一個(gè)參考站網(wǎng)，各參考站按照設(shè)定的采樣率連續(xù)觀測(cè)，通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)的

將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心首先對(duì)每個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和質(zhì)量分析，然后統(tǒng)一對(duì)整個(gè)參考站網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，實(shí)時(shí)得出網(wǎng)內(nèi)的各種系統(tǒng)誤差改正項(xiàng)，比如大氣延遲(對(duì)流層延遲、電離層延遲)誤差、衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星的鐘差等，從而獲得本區(qū)域的誤差改正模型。然后數(shù)據(jù)處理中心向用戶實(shí)時(shí)發(fā)送GPS改正數(shù)據(jù)，用戶只需要一臺(tái)移動(dòng)GPS接收機(jī)，便可實(shí)時(shí)或事后得到高精度的可靠的定位結(jié)果。這樣，當(dāng)基準(zhǔn)站間距即便達(dá)到50～100 km，用戶依舊能夠獲得厘米級(jí)的定位精度[4]。

圖1　CORS工作示意圖

2　CORS-RTK山東沿海侵蝕監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

山東省瀕臨黃海和渤海，屬于海岸線較長的省份。由于受到海洋動(dòng)力以及人為破壞的影響，山東海岸侵蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，對(duì)山東沿海地區(qū)造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。海岸侵蝕災(zāi)害分為突發(fā)式和漸進(jìn)式兩種[5]。為了研究山東海岸漸進(jìn)式侵蝕現(xiàn)象，山東省在2015年開始進(jìn)行山東海岸侵蝕監(jiān)測(cè)的測(cè)量工作。

進(jìn)行測(cè)量工作之前，測(cè)量人員在歷年海岸侵蝕災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)踏勘、調(diào)研和資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)睾０兜拈_發(fā)狀況，在濱州、煙臺(tái)和威海等地選8個(gè)重點(diǎn)岸段布設(shè)監(jiān)測(cè)樁。進(jìn)行測(cè)區(qū)勘測(cè)時(shí)測(cè)量人員發(fā)現(xiàn)測(cè)區(qū)地理環(huán)境較為復(fù)雜，通視條件不太理想，而且一些地區(qū)海岸距離已知控制點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，如果使用傳統(tǒng)儀器測(cè)量工作量將會(huì)很大，耗費(fèi)較多的人力、物力和時(shí)間。在此情況下，測(cè)量人員決定充分利用沿海地區(qū)較為完善的CORS系統(tǒng)，將RTK設(shè)備應(yīng)用到此次測(cè)量工作中。本次山東海岸侵蝕監(jiān)測(cè)主要進(jìn)行岸線監(jiān)測(cè)、岸灘地形測(cè)量以及重點(diǎn)海堤高程測(cè)量。

1) 岸線監(jiān)測(cè)

岸線監(jiān)測(cè)是在本次項(xiàng)目中首先使用CORS-RTK進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，將有足夠通訊費(fèi)的SIM卡插入GPS接收機(jī)中，通過手簿使用購買的山東CORS服務(wù)系統(tǒng)賬號(hào)將GPS接收機(jī)連入CORS系統(tǒng)中，然后即可按照常規(guī)RTK測(cè)量模式進(jìn)行工作。

岸線監(jiān)測(cè)主要包括以下內(nèi)容：

①監(jiān)測(cè)樁離岸距離：海岸線與監(jiān)測(cè)樁之間距離監(jiān)測(cè)重復(fù)3次以上，并取各測(cè)量值的平均值。

②海岸線位置：海岸線上測(cè)點(diǎn)間距不大于50 m，明顯拐點(diǎn)必須測(cè)量，填寫《現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄表》。測(cè)點(diǎn)數(shù)量約200個(gè)。然后使用谷歌地圖對(duì)岸線點(diǎn)位進(jìn)行大體標(biāo)注，如圖2所示。

圖2　岸線點(diǎn)位分布圖

2) 岸灘地形測(cè)量

首先進(jìn)行斷面的布設(shè)，5條岸段共布設(shè)約15個(gè)斷面，每個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)2～4個(gè)。測(cè)量范圍自監(jiān)測(cè)樁至低潮線區(qū)域。斷面布設(shè)垂直海岸線。重點(diǎn)區(qū)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)間隔不大于5 km.要測(cè)量的海岸線長度基本上都大于300 m，在設(shè)定主斷面的同時(shí)，需在主斷面兩側(cè)不小于100 m的距離，各設(shè)1條輔助斷面。每個(gè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)間不少于5S，斷面上相鄰測(cè)點(diǎn)間距不大于50 m.同樣使用谷歌地圖對(duì)岸線點(diǎn)位進(jìn)行大體標(biāo)注，如圖3所示。

圖3　斷面點(diǎn)位分布圖

3) 重點(diǎn)海堤高程測(cè)量

在6個(gè)地市中選出8段重點(diǎn)海堤進(jìn)行高程測(cè)量，每個(gè)海堤測(cè)量2～4個(gè)點(diǎn)位，主要分布在起點(diǎn)、折點(diǎn)和終點(diǎn)，約30個(gè)站位。在進(jìn)行海堤高程測(cè)量時(shí)，通過拍照、點(diǎn)之記、錄像等方式準(zhǔn)確的記錄每個(gè)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，以便于以后每年進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

將使用CORS-RTK獲取的高程數(shù)據(jù)與三等水準(zhǔn)測(cè)量平差后數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

其中高程中誤差計(jì)算公式為

(1)

式中： Mh為高程中誤差(mm)； n為水準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)； h為CORS測(cè)量高程與直接水準(zhǔn)高程的較差。通過對(duì)表1數(shù)據(jù)分析可知，可以看出CORS測(cè)量精度是符合要求的。

本次同樣使用谷歌地圖對(duì)海堤高程觀測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行大體標(biāo)注，如圖4所示。

此次測(cè)量工作所獲得測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像以及錄像等信息進(jìn)行整理、保存，為研究山東海岸的變化提供參考。

表1　 CORS結(jié)果與水準(zhǔn)結(jié)果對(duì)比

圖4　海堤高程觀測(cè)點(diǎn)位分布圖

3　測(cè)量的注意事項(xiàng)

1) 在進(jìn)行測(cè)量工作之前，必須熟悉CORS-RTK的具體操作流程，能夠?qū)κ植緝?nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行熟練的操作。

2) 觀測(cè)人員和記錄人員一定要嚴(yán)謹(jǐn)。觀測(cè)人員立桿時(shí)應(yīng)保持氣泡居中，等到手簿現(xiàn)實(shí)固定解時(shí)方可記錄點(diǎn)位數(shù)據(jù)。由于測(cè)量范圍較大，測(cè)點(diǎn)較多，記錄人員一定要準(zhǔn)確記錄與手簿設(shè)置一致的測(cè)點(diǎn)信息，以便進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

3) 一定要保證GPS接收機(jī)電池和手簿電池電量充足。本次測(cè)量準(zhǔn)備了三塊GPS接收機(jī)備用電池和一塊手簿備用電池，當(dāng)天作業(yè)完之后都要對(duì)使用過的電池及時(shí)充電。

4) 一定要保證所使用的SIM卡內(nèi)有足夠的通訊費(fèi)。否則將會(huì)無法接收山東CORS服務(wù)信號(hào)，也就無法進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，從而影響測(cè)量進(jìn)度。

5) 如果測(cè)區(qū)內(nèi)接收不到CORS信號(hào)或者CORS信號(hào)非常弱，可以將CORS-RTK測(cè)量與傳統(tǒng)儀器測(cè)量相互結(jié)合，并在已知控制點(diǎn)增加檢核，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

6) 要對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行精確嚴(yán)密的解算。由于本次測(cè)量規(guī)范要求使用WGS-84下坐標(biāo)，因此不需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

7) 每天測(cè)量作業(yè)完成后都要及時(shí)的對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。由于本次測(cè)區(qū)范圍較大，測(cè)點(diǎn)較多，每天拍攝大量的照片和錄像，因此為了避免混亂，最好當(dāng)天完成本日的數(shù)據(jù)整理[6]。

4　結(jié)束語

通過在山東沿海地區(qū)海岸侵蝕現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中岸線監(jiān)測(cè)、岸灘地形監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)海堤高程監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用實(shí)例發(fā)現(xiàn)，CORS-RTK在測(cè)量精度、便利性、可靠性、測(cè)量范圍等方面都有很大提高，而且該技術(shù)能夠滿足變形測(cè)量的各項(xiàng)規(guī)范要求，相較于傳統(tǒng)全站儀測(cè)量以及常規(guī)的RTK測(cè)量方法，具有很大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國很多省份和城市都已經(jīng)建立完備的CORS系統(tǒng)，這就為CORS-RTK技術(shù)的全面應(yīng)用提供了非常有利的條件。同時(shí)隨著我國北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的投入運(yùn)行，集成BDS、GPS等GNSS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也將會(huì)得到快速發(fā)展，這也會(huì)進(jìn)一步提高CORS-RTK測(cè)量的精度和可靠性。CORS-RTK測(cè)量系統(tǒng)將會(huì)在大地測(cè)量、數(shù)字城市建設(shè)、智能化管理、國土資源管理等方面得到更多的應(yīng)用，對(duì)加快推動(dòng)我國測(cè)繪地理信息事業(yè)改革創(chuàng)新發(fā)展具有非常重要的意義。

[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)建設(shè)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2009.

[2] HERBERT L, VOLLATH U,CHEN X M. Virtual reference station versus broadcast solutions in net-work RTK-advantages and limitations[C]//GNSS2003,Graz,Austria,2003.

[3] WANNINGER L. Introduction to network RTK[EB/OL]. 2008-10-25.http://www.network-rtk.info/intro/introduction.html.

[4] 黃丁發(fā),張 勤,張小紅,等.衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理[M].武 漢:武漢大學(xué)出版社,2015.

[5] 王文海,吳桑云.山東省海岸侵蝕災(zāi)害研究[J].自然災(zāi)害研究,1993, 2(4): 60-65.

[6] 王建鋒.網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2010,33( 4) :28-29.

The Application of CORS System Based on RTK System in Coastal Erosion Survey

LIU Zongqiang,LIU Xin,HAN Hengxing

(GeomaticsCollege,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

This paper introduces application principle of Gps-Rtk. Take shandong coastal erosion monitoring project for example, the coastline of monitoring, river flat terrain, seawall elevation measurement is given. Briefly summarizes the CORS of Gps-Rtk technology characteristic and the practical experience during the process of measurement and Gps-Rtk application prospect.

Coastal erosion; CORS-RTK; survey

10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.04.023

2016-03-04

P228.4

A

1008-9268(2016)04-0106-04

劉宗強(qiáng)(1990-)，男，山東省聊城人，碩士生，主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星定位與導(dǎo)航。

劉欣(1992-)，女，山東德州人，碩士生，主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星定位與導(dǎo)航。

韓恒星(1990-)，男，山東省聊城人，碩士生，主要研究方向?yàn)樾l(wèi)星定位與導(dǎo)航。

聯(lián)系人： 劉宗強(qiáng) E-mail: 937653241@qq.com