翁紀(jì)軍

【摘要】單基站CORS系統(tǒng)作為中小城市地理空間框架的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其高程測量作為城市測量的重要步驟。根據(jù)《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》的要求，確保高程測量誤差在允許范圍內(nèi)成為其高程測量的重要保障，本文以韶關(guān)市單基站CORS系統(tǒng)為例，利用其GNSS對韶關(guān)市周邊的部分Ⅲ水準(zhǔn)點進行測量，討論移動站相對基準(zhǔn)站的距離對其高程測量的差異。

【關(guān)鍵字】單基站CORS；高程測量；距離

一、引言

隨著城市不斷的擴大，與此同時城市測量也要求快速獲取點位坐標(biāo)和高程，在一個中小城市建立一個單基站CORS系統(tǒng)成為中小城市快速發(fā)展的必要先鋒力量。對于傳統(tǒng)的高程測量時通過水準(zhǔn)點之間進行傳遞，但作業(yè)效率低，費時費力。隨著GPS技術(shù)發(fā)展，大地高測量精度越來也高；同時EGM模型精度和分辨率的提高，通過高程擬合把大地高轉(zhuǎn)換成正常高大大減少了高程測量工作量。在單基站CORS系統(tǒng)下如何把握移動站所測高程的準(zhǔn)確性，在工程中的可使用性，所測高程中誤差在允許范圍內(nèi)。本文以單基站CORS系統(tǒng)下實驗數(shù)據(jù)結(jié)果與Ⅲ水準(zhǔn)點數(shù)據(jù)進行對比分析移動站相對基準(zhǔn)站的距離對其高程測量的影響。

二、單基站CORS系統(tǒng)概述

（一）單基站CORS系統(tǒng)的工作原理

單基站CORS系統(tǒng)（continuous operational reference system的縮寫，即連續(xù)運行參考站系統(tǒng)）只有一個連續(xù)運行站作為基準(zhǔn)站，類似于一加多的RTK，只不過基準(zhǔn)站是一個連續(xù)運行并且固定的基站，基準(zhǔn)站同時作為一個服務(wù)器，通個一個軟件查詢衛(wèi)星、儲存靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)并實時向移動站發(fā)送坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)。

單基站CORS系統(tǒng)工作原理（如圖1）是作為一個固定單基站CORS的基站，它一直處于工作狀態(tài)，登錄連接數(shù)據(jù)服務(wù)器，使用GSM數(shù)據(jù)鏈，通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)把標(biāo)準(zhǔn)的實時的衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給一個或幾個移動站，之后移動站就可以得到實時差分?jǐn)?shù)據(jù)進行測量?！?】

圖 1

（二）GPS高程測量

測量工作中所采用的空間定位技術(shù)GPS雖然可以同時確定點位的三維坐標(biāo)位置，但所采用的高程是相對于一個特定的參考橢球的大地高。所能夠設(shè)法獲取得到相應(yīng)點的高程異常，就可以進行相應(yīng)的高程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，將大地高轉(zhuǎn)換成正常高。

GPS高程主要是通過GPS測量出地面上某點在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中的三位坐標(biāo)，經(jīng)相應(yīng)的參數(shù)轉(zhuǎn)換后得到點位的大地高，從而得出點位的正常高，即為高程。其中公式如下：

H正= H大-h

H大表示地面該點位的大地高，是地面點沿參考橢球法線到橢球面的距離，單位米；H正為正常高，是地面點到似大地水準(zhǔn)面的距離，單位米；h為高程異常，是沿參考橢球的法線，從橢球面到水準(zhǔn)面的距離，單位米。

三、傳統(tǒng)高程測量方法

傳統(tǒng)的高程測量的方法大部分時候可以為水準(zhǔn)測量和三角高程測量，通過這樣的方式把前一個高程值傳遞到下一個高程點上，如此循環(huán)，最后達到目標(biāo)點。

（一）水準(zhǔn)測量

水準(zhǔn)測量原理（如圖2）是利用水準(zhǔn)儀提供水平視線，借助于帶有分劃的水準(zhǔn)尺，直接測定地面上兩點之間高差，然后根據(jù)已知點高程和測得的高差，推算得出未知點高程?！?】

圖2

其中A為后視點，B為前視點，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)，HA 為A點高程。

HB= HA + a - b

水準(zhǔn)測量無論是閉合環(huán)、附合水準(zhǔn)還是支導(dǎo)線的方式進行測量，其水準(zhǔn)點距離控制點距離越遠，點位中誤差越大。

（二）三角高程測量

三角高程測量的基本原理（如圖3）是根據(jù)由測站向照準(zhǔn)點所觀測的垂直角（或天頂距）和它們之間的水平距離，計算測站點與照準(zhǔn)點之間的高差。

圖3

其中D為A、B兩點間的水平距離，а為在A點觀測B點時的垂直角，i為測站點的儀器高，t為棱鏡高，Ha為A點高程，Hb為B點高程。

故Hb=Ha+ D tanа + i - t

這種方法簡便靈活，受地形條件的限制較少，故適用于測定圖根點的高程。圖根點的高程主要是作為各種比例尺測圖的高程控制的一部分。一般都是在一定密度的水準(zhǔn)網(wǎng)控制下，用三角高程測量的方法測定圖根點的高程。

四、實驗觀測數(shù)據(jù)分析

在韶關(guān)市單基站CORS系統(tǒng)中對周邊Ⅲ等水準(zhǔn)點15個，D級GPS點（已完成水準(zhǔn)觀測）5個進行高程測量。其中相對基站5公里范圍內(nèi)Ⅲ等水準(zhǔn)點5個，D級GPS點1個，5公里至10公里范圍之間Ⅲ等水準(zhǔn)點5個，D級GPS點2個，10公里至15公里范圍之間Ⅲ等水準(zhǔn)點5個，D級GPS點2個。

（一）觀測過程

為了使觀測誤差分布均勻，在觀測過程中盡量是外部條件保持一致，移動站高度截止角經(jīng)量保持在15°以內(nèi)，都使用平滑采集獲取數(shù)據(jù)，每個測站觀測五個測回。

在外界條件對接收機影響比較大的情況下，采取GNSS同水準(zhǔn)測量相結(jié)合的方法計算出所測該水準(zhǔn)點的高程。

下面是在單基站CORS系統(tǒng)中所測點高程平均數(shù)與已知控制點高程的對比表：

從以上數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)測量點距基準(zhǔn)站的距離小于5km的時候高程互差小于4cm，滿足《城市測量規(guī)范》的四等水準(zhǔn)測量的精度（最弱點高程限差±4cm），當(dāng)測量點距基準(zhǔn)站的距離大于5km并小于10km的時候高程互查小于5cm，當(dāng)測量點距基準(zhǔn)站距離大于10km并小于15km的時候高程互查小于6cm。

五、結(jié) 論

單基站CORS系統(tǒng)中高程測量誤差會隨著距離基站越遠而越大，同時在半徑5km范圍內(nèi)，在不考慮儀器誤差，已知點本身的誤差和外界條件良好的情況下高程測量可以滿足四等水準(zhǔn)測量精度，在半徑10km的范圍內(nèi)高程測量可以滿足等外水準(zhǔn)的精度要求。當(dāng)然在同的位置存在不同的高程異常，在不同的地區(qū)而不同，每一個基準(zhǔn)站和移動站所處的位置和環(huán)境也不同，移動站同基準(zhǔn)站距離對高程測量精度影響規(guī)律還需要繼續(xù)探索。

參考文獻：

[1]王鍇華 徐愛功 基于單基站CORS的RTK精度與距離測試 礦山測量，2012（1）：123000.

[2]工程測量學(xué).

[3]GPS高程代替國家四等水準(zhǔn)測量可行性分析，劉雷 李東.

[4]RTK 測量高程精度探討，徐萬祥.