單基站CORS-RTK在道路工程測量中的應用

李燕軍,龔真春,李相全,石小濤,李春林

(61243部隊,甘肅 蘭州 730020)

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單基站CORS-RTK在道路工程測量中的應用

李燕軍,龔真春,李相全,石小濤,李春林

(61243部隊,甘肅 蘭州 730020)

相比較于常規(guī)RTK和多基站CORS及網(wǎng)絡RTK,單基站CORS有其獨特的優(yōu)勢。簡述了單基站CORS的基本構成和原理及其優(yōu)點和不足。以單基站CORS在某市政公路改擴建工程測量中應用為例,給出其在道路1:500數(shù)字帶狀地形圖繪制和道路放樣的測量結果及精度分析。實際應用表明,單基站CORS-RTK可明顯提高作業(yè)效率,能滿足一定的精度要求。

常規(guī)RTK;多基站;單基站;CORS-RTK;道路測量

0 引 言

連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(CORS)技術是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)在應用方面的一項重大突破,目前已在各領域得到了廣泛的應用。特別是隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)的正式投入運營,為推動和加快BDS應用,壯大產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,現(xiàn)已掀起第二輪CORS系統(tǒng)的建設浪潮,如新建成的四川、河南北斗地基增強系統(tǒng);以及陸續(xù)開展對已建成的省(區(qū))、市級 CORS系統(tǒng)進行升級改造,如安徽省CORS、江蘇省CORS、北京CORS等等。國內許多學者就CORS系統(tǒng)的理論技術和應用進行了廣泛的研究,黃俊華等全面闡述CORS的發(fā)展歷程、特點、建設和應用情況[1];陳俊勇就我國CORS系統(tǒng)的建設現(xiàn)狀、問題及協(xié)調發(fā)展提出了建議[2];王智超詳細研究了單基站精度測試與分析方法[3];文獻[4]對CORS的實時坐標轉換進行了研究;文獻[5]將CORS系統(tǒng)成功應用于礦山測量等。

CORS系統(tǒng)有不同的分類方式,一般可分為單基站CORS、多基站CORS和網(wǎng)絡RTK. 同常規(guī)的RTK、多基站CORS系統(tǒng)和網(wǎng)絡RTK相比,單基站CORS-RTK系統(tǒng)有其自身的優(yōu)勢。本文簡要敘述了單基站CORS系統(tǒng)的基本組成和工作原理,分析比較了其優(yōu)點與不足,以南方單基站CORS系統(tǒng)在某市政公路改擴建工程測量中應用為例,給出了其在道路1:500帶狀地形圖測制和道路曲線放樣的過程、測量結果及精度分析。

1 單基站CORS系統(tǒng)的基本構成及原理

單基站CORS系統(tǒng)是指只有一個GNSS連續(xù)運行參考站,類似于“1+1”或“1+N”的RTK,只不過基準站由一個連續(xù)運行的基準站代替。

單基站CORS系統(tǒng)由GNSS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。如圖1所示。

圖1 單基站CORS系統(tǒng)的構成

單基站CORS系統(tǒng)在原理上與普通參考站基本相同,每個基準站服務于一定作用半徑內所有的用戶。基準站連續(xù)不間斷的觀測GNSS的衛(wèi)星信號獲取該地區(qū)和該時間段的“局域精密星歷”及其他改正參數(shù),并將數(shù)據(jù)打包存儲在服務器,移動站用戶接收定位衛(wèi)星傳來的信號,并解算出概略地理位置坐標,并通過數(shù)據(jù)通訊模塊GPRS/CDMA 從服務器獲取基準站提供的差分信息后,進行GNSS實時差分解算。同時,移動站用戶在野外完成靜態(tài)測量后,也可以從基準站下載同步時間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行后處理。

2 單基站CORS系統(tǒng)的優(yōu)勢與不足分析

理論和實踐應用表明,同常規(guī)RTK、多基站CORS和網(wǎng)絡RTK的相比,單基站CORS系統(tǒng)具有以下明顯優(yōu)勢[6]:

1) 投入較少:可充分利用現(xiàn)有設備資源,只需較少投資就可在中小城市建立一個單基站CORS系統(tǒng),滿足當?shù)夭煌脩粜枨蟆?/p>

2) 靈活性強:根據(jù)實際需要,在滿足GNSS觀測條件的前提下,可隨用隨設,機動靈活地建立CORS站,基站可長期保留,亦可臨時撤銷。

3) 便于升級和擴展:當需要升級為多基準站CORS系統(tǒng)或網(wǎng)絡RTK時,只要投入較少的經(jīng)費進行系統(tǒng)升級,單基站CORS系統(tǒng)即可完成到網(wǎng)絡RTK的升級。

4) 施工周期短、見效快:從方案論證、開工建設、設備調試,到驗收運行,整個周期可在1個月內完成。

5) 設備使用和作業(yè)效率高:系統(tǒng)建成之后,只需保留一個GNSS接收機作為長期運行基準站,其余都可作為流動站使用;作業(yè)時,基站無須專人值守,流動站單人作業(yè),作業(yè)速度快,勞動強度低,節(jié)省成本,作業(yè)效率高。

6) 覆蓋范圍廣:傳統(tǒng)的RTK受電臺傳播距離的限制,通常作業(yè)半徑為5～7 km左右。單基站CORS系統(tǒng)由CDMA/GPRS等電信網(wǎng)絡信號取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)電臺方式,只要有手機信號的地方即可以進行作業(yè),作業(yè)半徑可達40～80 km左右,且精度達到厘米級。

7) 數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全:基站不間斷連續(xù)觀測,全天候采集數(shù)據(jù),用戶采取登錄授權方式,由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理登錄用戶,數(shù)據(jù)安全性高。

單基站CORS系統(tǒng)的主要不足為:對系統(tǒng)的可靠性要求較高,一旦單基站CORS系統(tǒng)發(fā)生故障或崩潰,將導致無法作業(yè);距離基站越遠,移動站初始化時間就越長,導航定位精度會越差;覆蓋范圍較之多基站或網(wǎng)絡RTK而言仍是有限。

3 南方單基站CORS系統(tǒng)在市政公路測量中的應用

3.1 工程背景

某市環(huán)城道路改擴建工程東西長約30 km,地形整體為東高西低,彎道較多,道路兩側建筑物及各種電力、管線較為密集,車流量大,通視條件不佳,給測量和施工帶來諸多不便。

考慮到作業(yè)環(huán)境,若采用傳統(tǒng)方法難以在要求時間內完成測量任務實際,決定利用本市建立的單基站CORS系統(tǒng)進行1∶500數(shù)字帶狀地形圖測制和道路施工放樣。該系統(tǒng)精度指標為:20 km以內水平10 mm+1 ppm,高程20 mm+1 ppm;20～40 km,水平20 mm+1 ppm,高程40 mm+1 ppm. 全站儀采用俫卡TPS1202型號,測角精度:2";測距精度: 2 mm+2 ppm×D;所采用軟件為南方“工程之星3.0”和Cass7.0數(shù)字成圖軟件。

3.2 1∶500數(shù)字帶狀地形圖測制

帶狀地形圖測量同樣遵循“先控制、后碎步”的測圖原則,其首級控制網(wǎng)點成果及施工坐標轉換參數(shù)由甲方提供,施工放樣前對其進行了復測,復測結果在誤差規(guī)定范圍之內。加密控制測量、碎部點測量均使用單基站CORS-RTK作業(yè)模式,數(shù)字帶狀地形圖的平面和高程精度檢查按下列公式[7]:

(1)

高程中誤差

(2)

帶狀圖測繪完成后,在地形圖中均勻選取一些明顯特征點,如房屋角點、涵洞、橋墩和道路折點等作為檢測點,采用常規(guī)測量方法進行檢測,其中平面點檢測坐標由全站儀極坐標法回采所得,高程由四等水準測量獲得。

限于篇幅,僅給出部分檢測結果。統(tǒng)計結果如表1所示。由表1數(shù)據(jù),由式(1)、式(2)計算可知數(shù)字帶狀地形圖平面精度為Mx=2.8 cm,My=3.1 cm,Mh=4.2 cm,符合本道路測量精度要求。

3.3 道路中樁放樣測量

路線中線施工放樣就是利用測量儀器和設備,按設計圖紙中的各項元素(如公路平縱橫元素)和控制點坐標(或路線控制樁),將公路的“中心線”準確無誤地放到實地,指導施工作業(yè)。中心線路實際上是由空間的直線段和曲線段組合而成,傳統(tǒng)放樣方法主要有拔角放線法、支距放線法、全站儀極坐標法及常規(guī)RTK方法等。采用南方單基站CORS系統(tǒng)及軟件“工程之星3.0”放樣時,非常便捷,放樣時,可將設計好的已知坐標導入手簿,按放樣點的方法進行;如果道路中線坐標未知,可按將道路設計條件輸入手簿,由手簿所提供的解算軟件按一定的里程進行主點和細部點的坐標解算,然后按點的放樣方法進行放樣。具體過程可參閱操作手冊。

利用上述方法將道路中樁放樣于實地后,用全站儀進行精度檢測,部分檢測結果如表2所示。由表2可知,中樁放樣的X最大誤差為3.3 cm,Y最大誤差為4.4 cm,H最大誤差為4.8 cm,均在規(guī)定限差之內。

表1 1∶500數(shù)字帶狀地形圖測量精度統(tǒng)計 (單位:m)

表2 單基站CORS-RTK的中樁放樣精度統(tǒng)計 (單位:m)

4 結束語

使用傳統(tǒng)測量方式進行大比例尺地形圖測制及道路施工放樣時,存在工作繁瑣,測量周期長,工作效率低等諸多問題。CORS技術以其工作效率高、實時靈活、高精度的優(yōu)點,逐漸替代了原有的傳統(tǒng)測量方法。本文采用單基站CORS-RTK進行道路工程測量,最大限度地減輕了工作量,工作效率大幅提升,測量精度符合要求,保證了工程效益。

[1] 黃俊華,陳文森.連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務系統(tǒng)建設與應用[M].北京:科學出版社,2009.

[2] 陳俊勇,黨亞民. 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的進展及建設CORS 的思考[J].地理空間信息,2009,7(3):2-3.

[3] 王智超. 單基站CORS-RTK精度測試與分析[D].大連:大連理工大學,2013.

[4] 畢京學,郭英,張鼎凱,等.基于CORS的高精度實時坐標轉換方法探究[J].測繪科學,2015,40(1):98-100.

[5] 尚洪俊.CORS系統(tǒng)的構建及其在礦山測量中的應用[D].北京：中國地質大學(北京)工程,2014.

[6] 魏瑞娟,李學軍,任維成等.單基站CORS的建設與應用研究[J].測繪通報,2010(6):25-26.

[7] 潘正風,楊正堯等.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢:武漢大學出版社,2005.

Application of the Single Base Station CORS-RTK in Road Engineering Surveying

LI Yanjun,GONG Zhenchun,LI Xiangquan,SHI Xiaotao,LI Chunlin

(61243Troops,Lanzhou730020,China)

Compared with the normal RTK, Multi-base Station CORS and network RTK, the single base station CORS has particular superiority. This paper briefly introduces the structure, principle, advantages and disadvantages of the single base station CORS. Combining with municipal road engineering examples, it mainly gives the processes, results, precision of 1∶500 digital topographic maps surveying and road setting out, The practical application of Single Base Station CORS-RTK can obviously improve work efficiency and satisfy accuracy demand.

Normal RTK; multi-base station; single base station; CORS-RTK; road engineering surveying

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.02.015

2016-09-26

P228.4

A

1008-9268(2017)02-0067-04

李燕軍 (1973-),男,工程師,主要從事航測外業(yè)和工程測量。

龔真春 (1973-),男,高級工程師,主要從事大地測量和GNSS導航定位方面的研究。

李相全 (1970-),男,工程師,主要從事航測和工程測量。

石小濤 (1979-),男,工程師,主要從事航測和工程測量。

李春林 (1978-),男,工程師,主要從事大地測量。

聯(lián)系人: 龔真春E-mail:1076695185@qq.com