楊建華

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院，甘肅 蘭州 730050）

0.引言

在跨區(qū)域公路勘察設(shè)計過程中，測繪屬于非常關(guān)鍵的一方面，同時也是貫穿于公路運營整個生命周期的工作，本身具備長期性的特征[1]?？茖W(xué)合理地應(yīng)用新型測繪技術(shù)有利于提升公路勘測設(shè)計過程中的測繪效率，所以對千尋位置服務(wù)在跨區(qū)域公路勘測過程中的應(yīng)用方向進行充分挖掘，分析其應(yīng)用的可行性，針對其優(yōu)勢點進行充分利用，將其價值全面體現(xiàn)出來是很有必要的，對于跨區(qū)域公路勘測而言，具有較高的現(xiàn)實意義[2]。

現(xiàn)階段我國公路勘測技術(shù)包含較多的測量技術(shù)手段，主要有單基站RTK、CORS-RTK、無人機航測、車載激光掃描等。單基站RTK技術(shù)有著一定的缺陷性，具體表現(xiàn)為作業(yè)準確程度伴隨著距離的增加而逐漸下降[3]，并且經(jīng)常受到作用距離的限制；區(qū)域CORS-RTK技術(shù)能夠解決上一種技術(shù)存在的各項缺陷，但在跨區(qū)域勘測時，也存在作業(yè)距離受限的現(xiàn)象[4]，此種類型的網(wǎng)絡(luò)較為繁瑣，申請流程復(fù)雜，應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)邊界處以后難以確保準確性；無人機航測非常方便和靈活，不過氣候因素對其有著直接的影響，和全天候作業(yè)要求不相符。

本次研究從千尋位置定位原理出發(fā)，與CORS系統(tǒng)進行對比分析，突出千尋位置在跨區(qū)域公路勘測設(shè)計中的優(yōu)勢，并利用實際工程項目對千尋位置在勘測設(shè)計中的應(yīng)用進行分析，驗證其可靠性和數(shù)據(jù)成果的準確性。

1.千尋位置相關(guān)理論

1.1 千尋位置定位

千尋位置是基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)，同時可以兼容GPS、GLONASS、Galileo衛(wèi)星定位系統(tǒng)位置數(shù)據(jù)，是以“互聯(lián)網(wǎng)+位置（北斗）”概念為基礎(chǔ)，采用2 200個以上的地面基礎(chǔ)增強站和自主網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的側(cè)位算法進行大數(shù)據(jù)計算。北斗地面基礎(chǔ)強化系統(tǒng)將全國單一網(wǎng)絡(luò)整合及構(gòu)建為加強位置服務(wù)建立開放型平臺，為全國用戶提供動態(tài)厘米級及靜態(tài)毫米級定位服務(wù)。采用網(wǎng)絡(luò)運營模式，整合流媒體和流媒體產(chǎn)業(yè)，促進固定應(yīng)用發(fā)展，實現(xiàn)部門、地區(qū)及用戶之間的資源調(diào)整和數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)滿足國家產(chǎn)業(yè)及大眾市場的準確位置服務(wù)需求。

千尋知寸（Find CM）是千尋位置中的重要組成部分，以北斗地基增強基準站為基準，基于CGCS 2000坐標(biāo)基準框架，為系統(tǒng)內(nèi)的用戶提供動態(tài)高精度厘米級定位服務(wù)。千尋位置是基于RTK技術(shù)開發(fā)的厘米級全國范圍內(nèi)的定位服務(wù)，可以在全國大部分地區(qū)提供位置數(shù)據(jù)服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)全天候提供高可用性廣播，可使用產(chǎn)品群內(nèi)所有種類的終端及應(yīng)用系統(tǒng)。在服務(wù)范圍內(nèi)，客戶不需要自行建設(shè)測量基站。千尋知寸厘米級定位服務(wù)隨時都可以連接到國內(nèi)測量RTK終端設(shè)備，云端數(shù)據(jù)處理及通信服務(wù)器長期處于在線狀態(tài)，從而達到改善測量作業(yè)的效率和提高測量數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的。千尋知寸將多個衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行充分融合，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的高精度快速固定；同時采用標(biāo)準NTRIP協(xié)議和RTCM差動電報，滿足多種RTK測量終端使用需求。千尋位置定位原理如圖1所示。

圖1千尋位置定位原理

1.2 網(wǎng)絡(luò)連續(xù)運行參考站系統(tǒng)

對于連續(xù)運行參考站系統(tǒng)來講，本身是將固定基準參考站、計算機、因特網(wǎng)以及數(shù)據(jù)通信服務(wù)相互組合到一起的網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)作用非常多，可以為用戶提供動態(tài)性的服務(wù)，有著信息化程度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性良好以及智能化的特征[5]。其中，網(wǎng)絡(luò)連續(xù)運行參考站系統(tǒng)涉及多個方面，具體表現(xiàn)為參考站、數(shù)據(jù)計算中心、用戶終端以及通信鏈路等[6]。參考站主要包括衛(wèi)星接收機和天線，能夠有效提升觀測數(shù)據(jù)的精準性；數(shù)據(jù)計算中心能夠?qū)υ紨?shù)據(jù)進行有效合理改正，保障測量結(jié)果的完整性及可靠性；用戶終端利用既定通信鏈路接受參考站和數(shù)據(jù)計算中心解析數(shù)據(jù)，從而進行準確定位。網(wǎng)絡(luò)連續(xù)運行參考站系統(tǒng)被稱為CORS，屬于多基站CORS的一種，從多項參考站內(nèi)獲取觀測數(shù)據(jù)，由計算中心提供區(qū)域數(shù)據(jù)改正信息，對移動站觀測數(shù)據(jù)進行改正，在不需要架設(shè)參考站環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上直接和網(wǎng)絡(luò)相連接，實施RTK測量工作。

CORS服務(wù)工作的實質(zhì)性目的是提供準確的空間位置數(shù)據(jù)，在該項工作中，就要求諸多固定參考站進行合理的觀測，采取優(yōu)選和加權(quán)處理的方式，為用戶區(qū)域提供精準的數(shù)據(jù)信息，用戶結(jié)合相關(guān)改正信息實現(xiàn)實時差分定位，獲取準確空間位置數(shù)據(jù)。千尋知寸屬于一項動態(tài)范圍中的網(wǎng)絡(luò)CORS服務(wù)方式，定位原理表現(xiàn)為：用戶將概略坐標(biāo)反饋給千尋網(wǎng)絡(luò)，采取因特網(wǎng)為授權(quán)用戶提供差分數(shù)據(jù)，明確具體位置，使用戶接收機固件進行實時差分解算，最終確保相關(guān)定位結(jié)果的準確性和完善性。

千尋位置定位技術(shù)是在原有CORS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷進行迭代更新，結(jié)合現(xiàn)代化測繪技術(shù)，逐漸發(fā)展壯大的測繪新技術(shù)，結(jié)合北斗地基增強系統(tǒng)，對全國范圍內(nèi)的一張網(wǎng)進行整合建設(shè)，建立全國范圍內(nèi)的位置服務(wù)開放式的共有平臺，為系統(tǒng)內(nèi)的用戶提供多等級的高精度定位服務(wù)，主要包括米級、分米級、厘米級以及靜態(tài)后處理的毫米級定位服務(wù)。千尋網(wǎng)絡(luò)通常是應(yīng)用虛擬參考站技術(shù)實施工作，基本操作原理如圖2所示。

圖2 %CORS系統(tǒng)工作原理

1.3 地基增強系統(tǒng)

地基增強系統(tǒng)被稱為GBAS，其屬于性能良好的一項衛(wèi)星導(dǎo)航定位基礎(chǔ)設(shè)施，能夠最大程度提升衛(wèi)星導(dǎo)航定位的準確性，為諸多用戶提供精準的定位服務(wù)，使用戶能夠清晰準確的進行定位。地基增強系統(tǒng)包含了四項結(jié)構(gòu)，分別是計算中心、用戶終端、基準站網(wǎng)絡(luò)和通信模塊，這幾種結(jié)構(gòu)相互組合到一起形成了地基增強系統(tǒng)，基準站網(wǎng)絡(luò)的功能是進行合理監(jiān)測，獲取準確的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)；計算中心的功能是對改正數(shù)據(jù)進行計算，然后將數(shù)據(jù)播發(fā)出去。

格網(wǎng)VRS是進一步創(chuàng)新和改善以往傳統(tǒng)的VRS服務(wù)，使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用，當(dāng)處于計算環(huán)節(jié)中，依照實際的地理位置來分配參考站網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格，將各項網(wǎng)格點當(dāng)成一項標(biāo)準的參考依據(jù)，遵循規(guī)范及用戶要求，對格網(wǎng)點進行編號處理，借助精度較高的動態(tài)性監(jiān)督數(shù)據(jù)，確定各格網(wǎng)點位置坐標(biāo)，形成各項網(wǎng)格點虛擬參考站內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)。然后以概略坐標(biāo)為主，分析用戶所處的格網(wǎng)，提供相關(guān)的差分觀測數(shù)據(jù)，以此達到準確性定位的目的。從格網(wǎng)VRS技術(shù)實際應(yīng)用現(xiàn)象來看，主要特點在于使用單向通信，將計算機中心和用戶終端相互連接到一起，對于用戶終端來講，完全不需要將數(shù)據(jù)反饋給計算中心，在一定程度上大大降低數(shù)據(jù)獲取時間以及系統(tǒng)復(fù)雜度，同時有利于降低通信線路的負荷程度。

千尋地基增強系統(tǒng)的原理與網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)類似，是利用遍布全國各地的基準站建立一個基準站網(wǎng)，并以這些基準站中的一個或多個為基準，對差分改正信息進行綜合計算并發(fā)送給移動站，從而獲取該地區(qū)移動站用戶的實時定位數(shù)據(jù)信息。與常規(guī)單基準站定位相比，該方法覆蓋范圍更廣，定位精度更高，可靠性更強，可實時提供厘米級定位結(jié)果，進而取代省CORS系統(tǒng)以及單基站外掛電臺，進行公路勘測階段的測量工作。

2.工程實例

2.1 工程概況

本文以千尋知寸網(wǎng)絡(luò)CORS為基礎(chǔ)，在測區(qū)范圍內(nèi)布設(shè)平面和高程控制網(wǎng)，明確其作業(yè)范圍，使用千尋知寸的動態(tài)測量服務(wù)進行公路勘測設(shè)計，以控制點各項坐標(biāo)差值為基準，對利用千尋位置獲得的控制點坐標(biāo)進行點位坐標(biāo)數(shù)據(jù)校正，在達到轉(zhuǎn)換坐標(biāo)目的的基礎(chǔ)上，高效率進行測量，結(jié)合以上情況來看，本文對某公路勘測項目中千尋位置技術(shù)的應(yīng)用可行性及成果準確性進行研究，工程項目施工控制網(wǎng)如圖3所示。

圖3施工控制網(wǎng)

千尋位置定位不同于省CORS系統(tǒng)，省CORS系統(tǒng)具有較強的局限性，一般僅在固定范圍內(nèi)提供高精度定位服務(wù)，當(dāng)涉及跨區(qū)域公路勘測時，單一省CORS系統(tǒng)無法滿足勘測需求，數(shù)據(jù)鏈接較為復(fù)雜。千尋位置針對CORS系統(tǒng)存在的弊端進行合理改善，在全國范圍內(nèi)大量設(shè)置基準站，故千尋位置可提供全國范圍內(nèi)的高精度定位服務(wù)，在跨地區(qū)的測量過程中，可直接獲取2000國家大地坐標(biāo)系下的測點坐標(biāo)信息，如存在不同坐標(biāo)系，則僅需要在RTK中進行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換即可。

2.2 數(shù)據(jù)分析

本次研究過程中的工程項目所布設(shè)的平面控制網(wǎng)，在測區(qū)范圍內(nèi)，共存有GPS控制點19個，同時對GPS控制點也進行了二等水準聯(lián)測，各基準點間距約為5～7km，均勻分布于公路沿線。本文以千尋知寸為基礎(chǔ)，基于點校正算法，獲取坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，在測區(qū)范圍內(nèi)均勻選擇10個控制點，所選擇的10個控制點需要對整個測區(qū)進行完整覆蓋，點校正殘差計算結(jié)果如表1和圖4所示。

表1點校正殘差 單位：m

圖4點校正殘差

利用各個控制點的校正成果數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算，然后以轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)系統(tǒng)為參考系，采用千尋知寸技術(shù)對其他待測量的控制點進行三維坐標(biāo)采集，并選取剩余9個控制點作為測量點坐標(biāo)精度檢核點，分別從平面中誤差和高程中誤差對千尋位置測量點位坐標(biāo)進行精度分析。平面中誤差和高程中誤差計算式如式（1）所示，坐標(biāo)精度檢核結(jié)果如表2和圖5所示。

平面中誤差可根據(jù)X、Y方向的中誤差進行求解，如式（2）所示：

式（1）和式（2）中，m為各方向中誤差；△為各方向真誤差；n為檢核點數(shù)量。

表2檢核點檢核比測結(jié)果 單位：m

圖5檢核點檢核比測結(jié)果

由表2和圖5可知：測區(qū)控制網(wǎng)平面中誤差為0.0143 m，高程中誤差為0.0205 m，均達到厘米級精度，且轉(zhuǎn)換后的控制點與檢核點的X、Y、Z方向差值波動較小，滿足公路勘測規(guī)范要求，故采用千尋位置進行公路勘測工作。

測量速度較快，大大提高了測量效率，且測量結(jié)果能夠滿足規(guī)范和使用要求，有利于跨區(qū)域公路沿線勘測工作的快速開展。

3.結(jié)束語

本次研究通過對千尋網(wǎng)絡(luò)CORS及其基本運行原理進行詳細探究，提出了在跨區(qū)域公路勘測中應(yīng)用千尋位置服務(wù)的實際思路，依照公路勘測項目案例進行了精度方面的論證，具體獲得的結(jié)論如下：

（1）千尋位置中千尋知寸自身可提供厘米級定位服務(wù)，精度較高，完全滿足施工作業(yè)要求，同時千尋知寸覆蓋范圍較廣，無需單獨架設(shè)基站，使用較為靈活，在跨地區(qū)測量時無需更換定位服務(wù)系統(tǒng)，整體精度較高。

（2）通過工程實例，對跨區(qū)域公路勘測初測和定測階段千尋位置定位進行綜合研究。研究結(jié)果表明：基于千尋位置的高精度RTK測量成果相對于基于省CORS系統(tǒng)的RTK測量成果，數(shù)據(jù)可靠性和穩(wěn)定性顯著增強；針對傳統(tǒng)RTK測量和CORS系統(tǒng)測量存在的較大局限性，千尋位置提供了較好的解決方案，可廣泛應(yīng)用于較長距離的公路勘測工作，尤其是針對跨省區(qū)的公路勘測。

（3）千尋位置整體使用成本要遠低于單基站RTK和省CORS系統(tǒng)，且賬號注冊限制要求較少，單一賬號就能夠滿足多個省市的測量需求，不同儀器設(shè)備之間可進行靈活切換，不但能夠節(jié)省測量成本，還能夠提高工作效率，提升測量成果質(zhì)量，具有較高的實用性。