開封市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 王 棟 張德廷

洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司 郭雁軍

開封市供水總公司 張 勇

網(wǎng)絡(luò)GPS技術(shù)（CORS）在開封影像圖中的應(yīng)用

開封市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 王 棟 張德廷

洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司 郭雁軍

開封市供水總公司 張 勇

一、概述

2010年，開封市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院斥資20萬元，建設(shè)了一個永久連續(xù)觀測的網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）基準站?；疚挥陂_封市市區(qū)西部，可以利用市區(qū)周邊的8個高等級控制點解算出4參數(shù)和7參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)能覆蓋方圓30km范圍，且點位精度均能滿足規(guī)范要求。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比，CORS參考站具有作用范圍廣、精度高和能夠野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點。經(jīng)過1年的使用，CORS系統(tǒng)在坐標(biāo)定位、圖根控制、宗地圖測繪、影像圖像控點測量中得到廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的GPS測量作業(yè)模式，極大地提高了測繪工作的效率，在城市測繪中也得到越來越多的應(yīng)用。

二、CORS簡介

1. CORS的定義。衛(wèi)星定位連續(xù)運行參考站網(wǎng)( Continuously Operating Reference Stations，CORS) 是一種將GNSS 導(dǎo)航定位技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、測繪技術(shù)等多種技術(shù)集成在一起的實用性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能提供移動定位、動態(tài)連續(xù)的空間框架等空間位置信息服務(wù)。

2. 系統(tǒng)組成。連續(xù)運行參考站系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供不同類型的GPS觀測值、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GPS的服務(wù)項目。

3. CORS技術(shù)分類。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分成VRS、FTK和主輔站技術(shù)3類。與常規(guī)RTK不同，在VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)送給控制中心。移動用戶在工作前，先通過GSM短信息功能向控制中心發(fā)送一個概略坐標(biāo)，控制中心收到這個位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計算機自動選擇最佳固定基準站，根據(jù)基準站發(fā)來的信息，整體改正GPS的軌道誤差和電離層、對流層以及大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發(fā)送給移動站。

三、建立CORS的必要性和意義

1. 提高測繪精度、速度與效率。CORS的建立可以大大提高測繪精度、速度與效率, 降低測繪勞動強度和成本, 省去測量標(biāo)志的保護與維修費用，節(jié)省各項測繪工程實施過程中約30% 的控制測量費用。隨著CORS基站的建設(shè)和連續(xù)運行，能夠形成一個以永久基站為控制點的網(wǎng)絡(luò)，所以，可以利用已建成的CORS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對外開放使用，收取相應(yīng)的費用。

2. 進行快速預(yù)報。CORS的建立可以對工程建設(shè)進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測, 對災(zāi)害進行快速預(yù)報。CORS項目的完成將為城市諸多領(lǐng)域如氣象、車船導(dǎo)航定位、物體跟蹤、公安消防、測繪、GIS應(yīng)用等提供精度達厘米級的動態(tài)實時GPS 定位服務(wù), 將極大地加快城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)。

3. 實現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。CORS將是城市信息化的重要組成部分,并由此建立城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動態(tài)的地心坐標(biāo)參考框架,從而能夠在實時的空間位置信息面上實現(xiàn)真正的城市數(shù)字化。

四、CORS工作原理

采用精密星歷和精密鐘差，采集距離最近的3個參考站的同步觀測值進行差分處理，為每個三角形產(chǎn)生一組區(qū)域改正參數(shù)，通過三角網(wǎng)模擬出該區(qū)域內(nèi)的綜合誤差改正模型。利用多個基準站觀測數(shù)據(jù)對電離層、對流層、軌道誤差等綜合誤差模型進行優(yōu)化，同時連續(xù)監(jiān)控參考站數(shù)據(jù)的完整性。工作時，流動站需要把它的點位信息(GGA數(shù)據(jù))，通過GPRS、CDMA等類型的雙向數(shù)據(jù)通訊裝置發(fā)送給中央控制站。系統(tǒng)根據(jù)流動站位置模擬出該點的綜合誤差，通過正常的RTCM數(shù)據(jù)將信息發(fā)送給流動站，流動站再利用誤差改正雙差觀測值進行常規(guī)RTK定位。

五、CORS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及作業(yè)流程

1. 系統(tǒng)原理。連續(xù)運行參考站系統(tǒng)建立在GPS硬件等技術(shù)平臺之上，它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進的軟件開發(fā)技術(shù)有機結(jié)合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實時的測量服務(wù)。

2. 系統(tǒng)作業(yè)流程?；鶞收就ㄟ^連續(xù)不間斷的觀測GPS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)，按照用戶要求把靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲并把基準站的衛(wèi)星信息發(fā)送至服務(wù)器GPS軟件上的指定位置。

用戶單元接收到定位衛(wèi)星傳來的信號，解算出地理位置坐標(biāo)。用戶單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取基準站提供的差分信息，之后輸入用戶單元GPS的OEM板中進行差分解算。用戶單元在野外完成靜態(tài)測量后，可以從基準站軟件中下載同步時間的靜態(tài)數(shù)據(jù)，以進行基線聯(lián)合解算。

六、幾種GPS測量方法

1. 靜態(tài)GPS測量。靜態(tài)GPS測量即載波相位靜態(tài)相對定位法，目前普遍應(yīng)用在各個工程項目控制網(wǎng)的觀測中，也是最基本的GPS技術(shù)，它測設(shè)精度高，但是觀測時間較長。

2. GPSRTK技術(shù)。GPSRTK技術(shù)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它是利用2臺以上GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中1臺安置在已知坐標(biāo)點上作為基準站，另外的接收機用來測定未知點坐標(biāo)。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息傳送給流動站，流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級的定位結(jié)果。該技術(shù)定位速度快、精度高，在平原地區(qū)或信號好的地區(qū)應(yīng)用廣泛。

3. 快速靜態(tài)GPS測量法?？焖凫o態(tài)GPS測量法是一種新型測量方法，它的優(yōu)點在于架設(shè)時間短，最少只需10min，觀測速度快、工作效率高，且流動站移動時不必保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，測量精度比RTK高，而且在困難地區(qū)，比如，高山地區(qū)的測設(shè)中，快速靜態(tài)GPS測量法具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢。

4. 網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）測量法。網(wǎng)絡(luò)GPS（CORS）測量法的作業(yè)方法與GPSRTK基本相同，不同之處在于數(shù)據(jù)鏈連接，它的數(shù)據(jù)鏈連接不是靠電臺的無線電，而是靠無線網(wǎng)絡(luò)信號連接。在開封市，移動聯(lián)通發(fā)射塔已經(jīng)能夠完全覆蓋整個測區(qū)，所以不存在數(shù)據(jù)鏈在無信號情況下斷開的情況。

七、應(yīng)用實例

以測量市區(qū)影像圖像控點為例，如果按照傳統(tǒng)的GPS測量方法，需每天架設(shè)基站，另需專人看管，更換基站位置時還需檢校其他控制點，并且電臺覆蓋距離較短，這些都是傳統(tǒng)GPS測量方法的弊端。而采用CORS系統(tǒng)，僅需一人手持GPS流動站，即可在市區(qū)內(nèi)任意采集像控點坐標(biāo)，省時省力，極大地提高了工作效率。

CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)將使開封地區(qū)的所有測繪工作成為一個有機整體，結(jié)束了以前GPS作業(yè)系統(tǒng)單打獨斗的局面。與傳統(tǒng)RTK測量作業(yè)方式相比，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

1. 為城市測繪工作提供了一個統(tǒng)一的基準，能夠從根本上解決不同行業(yè)、不同部門之間坐標(biāo)系統(tǒng)的差異問題。

2. GPS的有效服務(wù)范圍得到了極大擴展。

3. 采用連續(xù)基站，用戶可以隨時觀測，提高了工作效率。

4. 擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，由于消除或削弱了各種系統(tǒng)誤差的影響，還可獲得高精度和高可靠性的定位結(jié)果。

5. 用戶不需架設(shè)參考站，真正實現(xiàn)了單機作業(yè)，減少了費用。

6. 使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾。

八、精度分析

為了比較精度，我們使用靜態(tài)GPS測量了其中一部分像控點進行比較，精度如表1所示。

表1 精度分析

根據(jù)《城市測量規(guī)范》的要求，像控點的點位誤差不得大于圖上±0.1mm，高程誤差不得大于測圖基本等高距的1/10。根據(jù)表1，最大DX=0.065、最大DY=0.051、最大DH=0.05，因此只要采用正確的測量作業(yè)方法，利用網(wǎng)絡(luò)GPS測設(shè)像控點的質(zhì)量完全符合規(guī)范要求。