基于阿里云的CORS技術在特高壓輸電線路測量中的應用

周新軍 程義平 陳功 張建 歐陽亞

摘要：研究了基于阿里云的單基站CORS系統的使用方法，在特高壓線路中工程中進行了試驗，并檢驗了定位精度。通過試驗表明：該技術能夠滿足特高壓輸電線路測量的要求。

關鍵詞：連續運行參考站;單基站;精度測試;實時動態差分

中圖分類號：TM855

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0219-06

1引言

隨著國家對于環保問題的重視，對于清潔能源的需求越來越大，需要將我國西南部的水電、西北的風電輸送到我國東部、南部發達地區，利用世界領先的特高壓輸電線路工程進行遠距離跨區輸電的情況越來越多。一般一條特高壓線路路徑長達2000多km，并且特高壓輸電線路施測走廊范圍越來越大，作業環境也越來越復雜，很多在邊遠地區、人跡罕至，作業難度相當大。同時，工期的要求反而越來越高，勘測設計的作業周期壓縮的厲害。因此，尋找一種新的測量方法用于特高壓輸電線路測量變得十分必要。

隨著GNSS定位的發展，RTK技術在各種測量工程中廣泛應用用，它具有實時、快速、高精度的特點，然而常規RTK采用電臺傳輸信號，定位精度會隨著距離的增加而降低。根據多年的工程實踐，常規電臺的作業范圍不超過10km。雖然公用CORS技術能解決距離問題，但公用CORS不能覆蓋某些偏遠地區;另外某些地區申請手續繁瑣，難以滿足工程施工單位流動環境下的使用需求。

因此，針對特高壓線路路徑長、時間緊、任務重、作業條件惡劣、人員緊張的現狀，為了提高測量效率，采用臨時建立連續運行基站的方式，能增大數據傳輸范圍，減少外業人員，提高了工作效率，為特高壓線路測量提供方便、高效、高精度的定位模式。

2單基站CORS技術

連續運行參考站系統（Continuously OperatingReference Stations，CORS）是網絡技術與GNSS定位技術、現代大地測量、地球動力學交叉融合的產物，通過建立一個或多個連續運行的GNSS參考站，利用網絡技術，實時或準實時地向用戶提供定位數據。一般來講，CORS系統由基站網、數據處理中心、數據傳輸系統、定位導航數據播發系統、用戶應用系統五部分組成，各基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。

對于長距離特高壓輸電線路而言，根據實際情況建立臨時CORS基站能夠發揮GNSS測量系統的最大效能。按照基站的數量可以分為單基站CORS以及多基站CORS。對于50 km左右的線路，建立單基站CORS即可，對于超過50 km的長距離線路，需要沿線布設多基站CORS。

單基站CORS測量系統中只有一個基站，類似于一加一或一加多的RTK作業方式，只不過基站由連續運行的基站代替。能通過網絡在線查看衛星狀態、存儲靜態數據、實時向Internet發送差分信息以及監控移動站作業情況。基站不間斷地連續觀測GNSS的衛星信號以獲取該時間段和該地區的“局域精密星歷”及其他改正參數，按照用戶要求將數據打包存儲并把CORS站的衛星信息傳輸到服務器上的指定位置。移動用戶接收當地衛星的信號，解算出自身的地理位置，并將這些信息通過GPRS/CDMA/3 G/4G通信模塊發送到服務器。移動站用戶訪問服務器，獲取CORS站提供的差分信息，同時自身也采集GNSS數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，得到厘米級的定位結果.

單基站CORS- RTK是一種實時動態相對定位的技術，通常采用雙差觀測值，在RTK實際測量中，主要靠限制流動站和基準站之間的距離以便使兩站上的衛星軌道誤差、電離層延遲和對流層延遲可能保持一致，從而使求了雙差后的上述因素可略而不計，以保證最終的定位精度。而多路徑誤差、測量噪聲等，由于與距離無關，因而難以根據基準站的值進行內插，而必須采用良好的觀測環境、選擇性能較好的接收機等方法將它們的影響限制在誤差允許的范圍之內.

由于長距離輸電線路作業區呈狹長帶狀分布，一般應沿線路布設一定數量的GNSS基站。多個基站聯動作業，相鄰之間的距離不大于50km，各基站將觀測數據傳送到同一服務器。對多臺基站的觀測數據進行聯合解算，盡可能消除區域內流動站觀測數據的系統誤差（如電離層、對流層等因素的影響），從而獲得高精度的測量結果。

流動站作業時，將觀測的位置信息傳輸到服務器，服務器計算流動站與各個基站之間的相關位置關系，將距離最近的基站差分數據傳輸給流動站。在多基站CORS覆蓋作業區進行測量，流動站能夠獲取離距流動站最近的基站差分數據，得到最佳的測量精度，從而解決一致性的問題。

單基站GNSS差分系統的定位原理與常規RTK作業模式基本一致，與其相比，具有明顯優勢：數據提供類型豐富，既能提供事后處理需要的原始觀測數據，同時又能發布高精度載波相位差分信號以及偽距差分信號;通訊方式上，能夠提供網絡傳輸和常規無線電臺等多種通訊方式，既保證了數據鏈的高效傳輸，又提高傳輸距離。

3基于阿里云CORS應用

單基站CORS測量系統包括基站、服務器以及流動站三部分組成。RTK基站數據通過WIFI GPRS、3G、4G等網絡傳輸到一臺具有固定IP地址的遠程端服務器，接收到數據的這臺服務器再通過數據管理軟件將這些轉發給連接到此服務器的流動站，從而實現動態測量。常規單基站CORS測量系統往往采用自建設服務器的模式，成本很高，技術難度大，后期需要專人維護，移動困難，很難適應大區域流動作業的要求。

隨著云技術的發展，云存儲、云計算已經變得非常成熟，公有云服務越來越方便、快捷、高效、穩定。利用公有云的強大存儲、計算能力，單基站CORS測量系統已經不需要自建服務器，就能獲得強大的服務器。目前很多公司企業提供商業服務器租用服務，其中阿里云服務器（Elastic Compute Service簡稱ECS）就是其中的領先者，阿里云服務具有簡單、高效的特點，處理能力可彈性伸縮的計算服務。利用阿里云服務器，省去昂貴的服務購置費用，也無需專人維護，使用方便，運行成本低，能快速構建更穩定、安全的應用，提升運維效率，極大地降低系統建設成本，使流動單基站CORS測量系統成為可能。

3.1系統構成

采用天寶GNSS設備，基于阿里云服務器構建單基站CORS測量系統，保證基站與流動站能夠穩定訪問阿里云服務器，能夠在服務器上安裝數據交換軟件，確保觀測、計算數據能夠接收、轉發。本系統利用阿里云的虛擬化調度優勢，規避不同網絡運營商之間可能造成的網絡瓶頸。本系統對接入的流動站沒有臺數限制，一個端口可以接多臺流動站;可以連接多臺基站，實現多基站數據的轉發，數據的分流。

3.2阿里云設置

首先對阿里云進行設置，并將TSM（TrimbleStreaming Manager）安裝在阿里云服務器上，該軟件是針對天寶GNSS設備數據流的管理軟件，作用相當于數據轉發器，實現數據流的接收并轉發。

租用阿里云服務器，能夠獲得穩定的服務器，具有固定的IP地址，基站以及流動站能夠通過通信網絡進行自由訪問。對服務器進行安全配置，特別需要注意端口設置，要求端口成對出現，使觀測數據得以通過轉發。IP地址輸入公網IP地址（購買的云服務器IP地址），用戶名使用Administrator，密碼使用阿里云自定義密碼，然后在服務器上安裝TSM軟件。

3.3TSM設置

在TSM中增加轉發規則，分別配置Incoming、outgoing，使基站、流動站能夠進行數據交換。在數據中心服務器中安裝TSM軟件，通過添加“Router”模塊，配置為被動形式（passive），見圖1。

在數據輸入（Incoming）頁選擇基站數據源：在Incoming選項中connection type設置為TCP/IP server，在Network interface換成Red Hat，IP address使用默認IP。該頁設置中，基站數據源端口與云服務器設置的端口應保持一致。在輸出（Outgoing）頁，使用非輸入端口采用多路輸出方式（MultiCast），并以TCP/IP服務器形式播發RTK基站數據流（采用多路輸出方式Multicast組播模式：在發送者和每一接收者之間實現點對多點網絡連接;Unicast：從一臺服務器送出的每個數據包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播），見圖2。以TCP/IP服務器形式播發RTK基準站數據流。在outgoing里面也要指定一個端口作為發射端口，當流動站通過輸入IP地址（域名）和對應端口的時候，就能獲取到基站數據，見圖3。

3.4基站設置

基站主機插網線連接電腦，登錄網站（169.254.1.O），用戶名默認admin，密碼默認password;登陸上WEBUI后，將網絡設置的靜態IP改為DHCH自動獲取。在I/O設置中端口配置中客戶端打鉤，將遠程IP改為外網IP（購買的云服務器IP地址）。端口改為映射端口如7000，播發格式改為CMRX（根據接收機接受衛星的信號類型選擇，如CMRX支持GNSS，GLONASS，BEIDOU三種信號），建立不同的端口映射，對應不同的播發格式以支持不同的GNSS設備，見圖4。

在WEBUI網站輸入基站控制點，坐標形式為基站WGS84大地坐標，見圖5。

3.5流動站設置

流動端可以采用手機卡上網或者連接WIFI熱點上網，見圖6。①新建測量形式。②流動站選項，播發格式選擇接收機主機中Tcp/lp中的發射格式CMRx。③流動站數據鏈路，數據鏈類型換為互聯網連接，新建GNSS聯系將外網IP輸入手薄ip地址中去（不選中NTRIP），IP地址、IP端口分別輸入TSM中發射的地址以及端口，見圖7。到此設置完畢可以開始測量。

4應用實踐

4.1項目概述

某特高壓輸電線路工程全長2000多km，本次作業區域位于云南省某地，線路長度為60km。作業區域為高山大嶺，為喀斯特區域，地形陡峭，交通差，植被茂密，荊棘叢生。如果采用常規電臺模式，電臺信號遮擋嚴重，作業半徑大大降低，一般只有2km左右，需要不斷的設置和更換基站。為保證控制點的質量和精度，基準點一般設在遠離主要交通要道的位置，車輛難以直接到達，往往通過人力或者畜力將電瓶等設備搬到控制點處，費時費力。另一方面，需安排專人值守基站，浪費人力資源。由于工程緊迫，對勘測設計的工期要求非常高，要求在40d之內完成所有工作，因此在本工程中采用單基站CORS測量系統。除了在本測區進行測量外，還在鄰近測區進行了遠距離測試，以驗證距離對測量精度的影響。本次作業的作業方案如下。

（1）控制點選取。選取單基站CORS設備標稱精度的覆蓋范圍內均勻分布的20個像控控制點作為已知點。

（2）求取坐標轉換參數。在確認控制點可靠的情況下，根據控制點資料選擇精度較高、分布均勻的控制點解算轉換參數，參數模型一般選用布爾沙七參數模型，并比較檢查點的殘差，剔除不合格的控制點，重新解算，獲得精度較高的轉換參數。

（3）儀器選取。本次試驗采用天寶GNSS，基站為天寶R9S，流動站為天寶R8 MODEL-4。

（4）基站架設。本次基站架設在賓館樓頂，采用不間斷電源，在作業期間不間斷工作。基站在作業區中間位置，離起點、終點的距離均為30km左右，確保主測區在設備標稱范圍之內。基站架設采用三腳架，并對底部進行加固，確保作業期間不發生移動。采用專用網絡進行通訊，確保IP地址不發生跳動（圖8）。

（5）流動測量。測量過程中采用天寶R8接收機進行RTK實時測量，測量時利用網絡信號進行RTK數據采集地形點，斷面點，檢測前期像控靜態控制點。在工程中，試驗不同網絡接入方式（手薄插人手機卡及網絡熱點），試驗不同網絡信號（移動、電信及聯通），試驗不同距離，試驗不同衛星組合（單星，雙星及三星），試驗不同觀測條件、不同星況及不同時段等等情況下，測量收斂速度以及測量精度的差異。

4.2測量精度檢查

4.2.1靜態已知點檢測

（1）通過比較像控階段靜態控制測量的解算值與CORS RTK測量值的差值來檢驗其定位精度，并分析測量精度同測量點與基站間距的關系。表1為部分差值表，圖9、圖10為距離同平面位置、高程差值的關系圖。

由實驗數據可知，在本次作業系統的配置條件下，基站的作業范圍控制在30km之內較為合理。單基站CORS在20km范圍內定位精度很高，平面誤差在3cm以內，距離30km情況下也可以達到5cm左右的平面精度，實測證明完全可以滿足線路測量的精度要求。從與已知點靜態數據比較計算表可以看出實驗測試點的最大誤差為0.11m，該點離基站較遠，距離基站77km，在距離基站60km以內平面精度基本上可以達到10cm以內，當然這跟靜態解算以及區域轉換參數也有一定的關系。

對于距離超過50km的控制點進行不同時段的觀測，在星況好的情況下，不同時段獲得的數值非常穩定。以點NCK2-1為例，測量值與靜態數值的比較如表2。多次測量的差值在2cm之內，說明測量精度比較穩定，內符合精度非常高，與控制點差值可能與像控階段的計算、轉換參數有關。

（2）固定收斂的速度。常規的RTK的初始化時間與有效觀測衛星數量、距基準站距離及觀測環境等條件有關，單基站CORS初始化時間在20km內跟距離的關系不大，主要同星況有關。當測量點同基站距離較遠的情況，如果星況較好（特別是開啟多衛星觀測系統的情況下）固定較快，30～60km的距離像控靜態點一般都在15s內固定，以NCK2-1為例，20s左右能夠固定。如果距離遠，衛星遮擋比較嚴重的時候很難獲得固定解。

4.2.2不同觀測環境的實時動態檢測

不同的觀測影響著流動站定位精度。在本次工程實踐中，選擇測區內不同的地形類型，如高大建筑物、樹木、大面積水域邊，輸電線路附近等，以傳統的測量方法來測定檢測點坐標和高程并以此為基準值，再利用單基站網絡RTK模式重復測量，通過比較發現，觀測條件不佳的地方，由于受到多路徑效應以及電磁干擾的情況，測量的收斂速度以及精度都明顯降低。

4.2.3網絡傳輸的影響

在手機網絡信號不好的情況下，對測量固定速度以及測量精度也有一定的影響。有時候移動與電信信號測量結果也會存在一定差異，因此需要選擇當地網絡信號較好的網絡服務商，在網絡信號較差的區域，需要多次測量檢驗其精度。

4.3精度評定

經過工程檢驗，單基站CORS在設備標稱范圍內能夠得到質量較好的測量數據，從而得出如下結論：①單基站有效距離約35km，平面測量精度在5cm以內，滿足線路直線樁平面測量精度。高程相對精度在0.3m以內也滿足線路相鄰直線樁的測量精度。②超過35km，且在80km以內，測量結果同星況關系非常大，在固定的情況下，內符合精度很高，精度在10cm左右，可以進行斷面點、房屋等地物測量。

5結語

經過工程實踐，單基站CORS系統取得了很好的效果，測量精度能夠滿足特高壓輸電線路測量要求，極大地提高了作業效率。通過與傳統作業方式對比，單基站CORS系統在線路測量中具有以下優點。

（1）系統構成簡單易行成本低。系統設備使用目前主流的常規GNSS RTK設備即可，不需要額外增加硬件設備，租用阿里云服務器，無需購置服務器設備，成本低，也無需專人維護服務器，簡單易行。

（2）基準統一。連續運行單基站的建立，不需要頻繁傳遞參考站，減少因參考站傳遞，頻繁架設造成的偶然誤差，各作業組使用同一基站，保證了基準統一。

（3）作業范圍廣。前基于單基站的RTK作業范圍大，在設備標稱的作業半徑內能夠獲得高精度的測量成果。目前，商業化的單基站測量系統的作業范圍均能達到30km，有些設備甚至能夠達到40～50km，能夠解決長距離線路測量誤差隨距離變大而增大的困擾。

（4）節約人力資源。單基站配合RTK作業，設立基站后，單人即可進行流動測量作業，節省人力，也無需架設，收參考，從而提高作業效率。

（5）提高設備利用率、作業效率高。同一作業區只需配備一臺基站，其他設備全部可以用于流動站測量，從而提高了設備利用率。同時，無需頻繁傳遞參考站，無需每天架設參考站，能夠顯著提高作業效率。

當項目完成后，單基站測量系統可拆裝轉至另一項目工地，能夠重復利用，滿足當前全國甚至全球流動作業的特點，提升設備利用率。

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