張濤

摘 要：本文基于筆者多年從事長(zhǎng)江航道測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以基于CORS的長(zhǎng)江某航道測(cè)量為研究對(duì)象，論文首先探討了CORS系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)的解析，包括數(shù)據(jù)的采集和精度分析的具體流程，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：CORS 重慶 航道 測(cè)量 精度

中圖分類號(hào)：U612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0049-02

隨著三峽175 m蓄水的完成，長(zhǎng)江航運(yùn)迎來了新的發(fā)展高峰，同時(shí)也給重慶內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展贏得了歷史性機(jī)遇。然而重慶嘉陵江、烏江、小江等支流航道大多為三級(jí)通航能力以下的自然航道，通航能力比較有限，嚴(yán)重制約了上游地區(qū)和庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此航道的建設(shè)和維護(hù)成為了航運(yùn)發(fā)展必須解決的首要目標(biāo)，而高效的測(cè)繪技術(shù)則是航道建設(shè)和維護(hù)的前提。伴隨現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的飛速進(jìn)步，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）已成為現(xiàn)代測(cè)量的主要技術(shù)工具，同時(shí)以GPS為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也成為當(dāng)今測(cè)繪技術(shù)的主流，它在航運(yùn)建設(shè)與發(fā)展中起到了不可磨滅的作用。本文主要介紹重慶地區(qū)性CORS系統(tǒng)-重慶市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CQGISS）在重慶地區(qū)內(nèi)河流域進(jìn)行航道測(cè)量的應(yīng)用。

1 CORS系統(tǒng)簡(jiǎn)介及CQGISS技術(shù)解讀

1.1 CORS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)）最早誕生于20世紀(jì)末，經(jīng)過十多年的不斷發(fā)展，CORS在解算方法和服務(wù)功能上得到了不斷的改善，已被廣泛地應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、國(guó)土監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中來。目前，國(guó)內(nèi)外已將CORS列為現(xiàn)代空間定位技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)方向，我國(guó)部分地區(qū)已陸續(xù)建立了各自的省、市級(jí)CORS系統(tǒng)，加大推進(jìn)CORS應(yīng)用的力度，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍。

CORS系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)發(fā)展的一種最新形式，它是建立于衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等技術(shù)的綜合運(yùn)用，由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)5個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分為虛擬參考站（VRS）、區(qū)域改正參數(shù)（FKP）方法、主輔站技術(shù)（MAC）、改進(jìn)的綜合誤差內(nèi)插法（MCBI）等。

1.2 CORS系統(tǒng)工作原理和特點(diǎn)

由基準(zhǔn)站網(wǎng)負(fù)責(zé)采集GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并輸送至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)各基準(zhǔn)站所采集的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行整體建模解算，自動(dòng)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)于流動(dòng)站點(diǎn)位的虛擬參考站（包括基準(zhǔn)站坐標(biāo)和GPS觀測(cè)值信息）并通過現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類需要測(cè)量和導(dǎo)航的用戶以國(guó)際通用格式提供碼相位/載波相位差分修正信息，從而實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的精確點(diǎn)位。

該系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)RTK測(cè)量模式，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

（1）覆蓋范圍廣，不受地域或地形限制。（2）使用方便，無需架設(shè)參考站，實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，節(jié)約時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。（3）作業(yè)精度更高，相較于臨時(shí)基站可能引起的偏差可以有效避免。（4）使用現(xiàn)代通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，安全可靠。

1.3 CQGISS簡(jiǎn)介及工作原理

重慶市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CQGISS）是區(qū)域性連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它由多個(gè)連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站（分布在渝北、長(zhǎng)壽、巴南、合川、璧山等區(qū)縣）、數(shù)據(jù)處理中心、通信網(wǎng)絡(luò)組成。該系統(tǒng)由重慶市地理信息中心于2005年開始建設(shè)，到2009 年已初步具備重慶地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，已開始廣泛服務(wù)于國(guó)土資源測(cè)繪生產(chǎn)和城市規(guī)劃中。

CQGISS采用了主輔站技術(shù)（I-MAX）和虛擬參考站技術(shù)（VRS），由于VRS技術(shù)在可靠性以及技術(shù)成熟度上的優(yōu)勢(shì)，后期的大量運(yùn)用中多采用VRS技術(shù)。虛擬參考站技術(shù)（VRS）工作原理：數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時(shí)接收各參考站觀測(cè)數(shù)據(jù)，并接收用戶站的概略坐標(biāo)，在此坐標(biāo)處生成一個(gè)VRS（用戶站附近產(chǎn)生一個(gè)物理上不存在的虛擬參考站），利用參考站精確已知的坐標(biāo)和參考站實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)VRS位置的對(duì)流層延遲和電離層延遲建模，計(jì)算VRS虛擬觀測(cè)值，按照RTCM差分電文格式向用戶發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)原始觀測(cè)值或者改正數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)定位。

2 CQGISS在航道測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 實(shí)例概況

本文以長(zhǎng)江干道某55 km河道水下地形圖測(cè)量為工程背景（分幅示意圖如圖1所示），坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954北京坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1956黃海高程，測(cè)圖比例尺1∶2000。

2.2 應(yīng)用實(shí)例解析

2.2.1 儀器設(shè)備

野外數(shù)據(jù)采集采用中海達(dá)V8（單移動(dòng)站）一臺(tái)，海鷹1601數(shù)字測(cè)深儀，專用測(cè)量船。

2.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)及參數(shù)轉(zhuǎn)換

目前，內(nèi)河測(cè)量坐標(biāo)系普遍采用的是1954北京坐標(biāo)系和1956黃海高程系統(tǒng)（或吳淞高程系統(tǒng)），由于受到對(duì)參數(shù)保密的限制，我們通過CQGISS系統(tǒng)使用單移動(dòng)站采集的數(shù)據(jù)只能得到一個(gè)準(zhǔn)確的WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)，還不是當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的坐標(biāo)，因此涉及參數(shù)轉(zhuǎn)換的問題。解決的方案有兩種：一是將采集的數(shù)據(jù)全部發(fā)送給地理信息中心解算（事后處理模式），但該方案不能實(shí)時(shí)獲取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)；二是通過我段布設(shè)在長(zhǎng)江沿岸的精密控制點(diǎn)（E級(jí)GPS點(diǎn)）求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，該方案只需在測(cè)區(qū)內(nèi)采集一個(gè)控制點(diǎn)即可計(jì)算出三參數(shù)（完全能滿足航道測(cè)量規(guī)范要求），然后通過單移動(dòng)站即可實(shí)時(shí)獲取當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。

2.2.3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

外業(yè)數(shù)據(jù)采集使用海鷹1601數(shù)字測(cè)深系統(tǒng)及中海達(dá)自由行數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集測(cè)量通常有橫斷面和縱斷面測(cè)量?jī)煞N模式，通常情況采用橫斷面測(cè)量能更好地反映河床地形。由于本次測(cè)量處于冬季水位較枯季節(jié)，受長(zhǎng)江自身河道情況的限制，我們采用了縱斷面測(cè)量模式。

2.2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用自由行數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)原始水深數(shù)據(jù)進(jìn)行人工檢查，確認(rèn)沒有出現(xiàn)假水深的情況下方可進(jìn)行采深取樣，如有個(gè)別假水深通過測(cè)量過程記錄對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并修改，以使數(shù)據(jù)盡可能保證精度，最后以無驗(yàn)潮模式通過改正得到南方CASS成圖系統(tǒng)需要的DAT原始數(shù)據(jù)文件。地形圖繪制采用南方CASS 2008成圖系統(tǒng)，全圖采用縱向分幅。

2.2.5 精度分析

為了驗(yàn)證CQGISS系統(tǒng)在航道測(cè)量中能否達(dá)到相應(yīng)的航道測(cè)量規(guī)范要求，在本次測(cè)量任務(wù)中，我們利用傳統(tǒng)RTK測(cè)量模式作為對(duì)比。由于水下測(cè)量無法取得固定的公共點(diǎn)來做對(duì)比測(cè)量，同時(shí)水下和水上測(cè)量都是采用的同一套系統(tǒng)，并不存在系統(tǒng)誤差，因此選取了沿岸固定的地面點(diǎn)來作為公共點(diǎn)來做對(duì)比試驗(yàn)。表1為通過對(duì)比得出的結(jié)果。

根據(jù)中誤差計(jì)算得平面：M中=19 mm<200 mm

高程：H中=12 mm<100 mm

通過上述計(jì)算結(jié)果可知，平面和高程中誤差完全滿足《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》1∶2000地形圖精度要求，說明利用CQGISS方案進(jìn)行常見的幾種大比例尺水下地形測(cè)量是可行的。

3 結(jié)語(yǔ)

通過上述案例可以看出，運(yùn)用CORS這一網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)來實(shí)行常規(guī)測(cè)量已成為一種趨勢(shì)，不管是精度還是效率都比傳統(tǒng)RTK測(cè)量具有先天的優(yōu)勢(shì)。相信隨著重慶地區(qū)CORS測(cè)量系統(tǒng)的逐步成熟并完善，它將成為當(dāng)今測(cè)繪生產(chǎn)的優(yōu)先選擇。

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