单基站CORS与网络CORS适用性比较

苗长青

（淮北矿业股份有限公司桃园煤矿地测科，安徽 淮北235000）

1 引 言

随着无线通讯网络技术的日益成熟和普及，应用差分GPS定位技术而产生的连续运行卫星定位系统（Continuously Operating Reference System）已成为获取城市地理地理信息的基础设施［1］.

作为目前进行实时GPS定位应用和研究热点的相位差分是差分GPS技术的一种，基本上可分为二种类型，即广域差分GPS和局域差分GPS.单基站CORS与网络CORS分别是目前应用较为广泛的局域差分和广域差分技术的两种形式，RTK （Real Ti me Kinematic）是两种系统在生产与生活中的主要应用手段之一.

空间数据的实时获取是建设数字城市的关键.大中城市、中小城市选择单基站CORS或者网络CORS系统作为城市地理信息数据的基础设施，在对系统为建立数字城市而获取空间地理数据和特征的要求外，还对信息数据采集的精度和实时性有较高的要求，以及这样的设施能够符合城市自身的技术与经济状况和发展规划.

单基站CORS与网络CORS在原理与建设费用等方面的巨大差异，使得它们不能单一的作为符合所有城市获取空间数据基础设施的要求，自身的特点符合不同等级的城市对信息化的需求.比较单基站CORS与网络CORS的优缺点，分析测量数据的转换、精度，有一定的理论与实用价值.

2 单基站CORS的优势

网络CORS系统是指在较大地域范围内布设多个 （三个或以上）基准站，组成基准站网.通过无线网络，以这些基准站网中的一个或多个为参考站，计算和发送差分信息，对一定行政区域内的卫星定位用户进行实时改正的差分定位方式.单基站CORS系统是由一个连续运行基准站组成，基准站作用于一定作用范围内的GPS用户.

通过数据中心，借助于无线网络将差分数据发送给GPS用户.与单基准站CORS相比，该方法的主要优点为覆盖面广、定位精度高.对RTK用户而言，单基站CORS系统服务半径目前可以在50 k m范围内达到厘米级定位.比较网络CORS系统，单基站CORS系统具有以下优势：

1）系统之间的兼容性较好；

2）系统容易进行升级和扩展；

3）系统建立、维护的成本低；

4）适合中小城市对信息化建设硬件设施的要求；

5）数学模型成熟；

6）系统运行更加安全、稳定.

3 CORS系统适用性分析

3.1 转换模型的比较

无论是单基站CORS系统，还是网络CORS系统，其定位都是相对于WGS－84地心坐标系而言的，这对于中国所采用的北京54坐标系或西安80坐标系这两种参心坐标系而言，都需要对系统采集的数据进行坐标转换.坐标系统的转换模型应用较为广泛的有七参数模型［2］、四参数模型［3］，其数学模型分别为：

七参数转换模型的转换参数由已知点的空间坐标求解，即空间三维直角坐标或者大地坐标 （大地经纬度、大地高）.中国现行的两套参心坐标系统 （北京54、西安80）是用常规技术测设的二维坐标 （对于中国新一代地心坐标系CGCS2000不做探讨），点的坐标用大地经纬度或高斯平面坐标来表示.点的大地高由地面点的正常高加概略的高程异常所得，已知椭球面上的大地高只有数米的精度，点间的大地高差精度也仅有米级.所以地面控制网的已知点中，只能提供一个点 （位置基准点）的三维坐标，其余已知点仅能提供经纬度或高斯平面坐标来作转换［4］.

因此，由位置基准点上的两组三维坐标可以确定两类坐标系之间的3个平移参数，余下的3个旋转参数及1个尺度参数是不可能利用七参数模型同时独立求定的.对于中国两套参心坐标系，运用七参数模型并不能实现严密的转换.因此，在实际生产实践及应用中，对WGS－84定位成果进行坐标系统转换时，是分为平面坐标的转换和似大地水准面拟合单独进行［5］.平面坐标的转换常选用上述四参数模型进行.

3.2 实测数据对转换模型适用性分析

CORS系统的坐标转换在系统控制中心设置，坐标转换模型的转换精度直接影响用户获得的点位精度.大中城市的城市行政区域多达上万平方公里，中小城市的城市行政区域多为千百平面公里.

为了验证易于实现的四参数转换模型是否适用于CORS系统的坐标系统转换，运用实测数据对模型适用性进行分析.在六千多平方公里的区域内，对已知坐标的控制点进行GPS控制测量，获得控制点在WGS－84坐标框架下的坐标；用分布于不同区域的控制点以三个为一组，按最小二乘算法，求解转换模型的参数，其它已知点用来检核坐标转换的精度；以 （式3）［6］评定模型的内符合精度，（式4）［6］评定模型的外符合精度：

控制点的已知坐标与WGS－84坐标框架下的空间三维直角坐标经高斯投影后的平面坐标如表1［7］：模型转换的精度如表2［7］：

表1 已知坐标与投影后的平面坐标

表2 模型转换的精度

第一组数据的三个已知点5、3、8位于测区的东北角，第二组数据的三个已知点5、4、7均匀分布于测区.比较两组数据，检核点的外符合精度较高，说明三个已知点求解模型参数时，均匀分布在测内的控制点获得的参数能更好的控制测区.

由于已知点间的相对点位精度不一致，引起模型的内符合精度并不是太高.模型求解的外符合精度随着测区与控制点的距离呈衰减趋势，因此，检核点离已知点越远，点位中误差越大.

上述分析说明，四参数模型只能在一定的区域内实现坐标系统较高精度的转换，对于上万平方公里的大中城市，网络CORS的控制中心不宜选择四参数模型做为坐标系统转换的数学模型.而单基站CORS的RTK作业模式标称精度能够在50 k m范围内实现厘米级定位，在这一区域范围内，通过表2的数据验证，四参数模型适合单基站CORS坐标系统的转换.

3.3 实测数据对单基站CORS适用性分析

表3 坐标及中误差

CORS系统作为城市空间数据的基础设施，要求它能在城市行政区域内实现实时厘米级定位精度，即RTK的测量精度应达厘米级，甚至更高的精度.对于受到大中城市青睐的网络CORS能够达到这一要求，如广州网络CORS系统能够在城区8 000 k m2范围内实现实时厘米级定位精度［8］.但网络CORS由于在建设经费等方面的因素并不适合中小城市对城市空间数据基础设施的要求，相对于单基站CORS标称能够在50 k m范围内实现厘米级定位精度，单基站CORS更适合中小城市的发展.利用已有的控制点，运用单基站CORS－RTK系统，对已有控制测量成果的控制点坐标进行复测，将控制坐标作为RTK观测值的期望值，进行精度比较，统计它们的点位中误差 （式3），如表3［7］所示.表中的观测坐标已运用CORS系统控制中心转换模型实现坐标系统转换，转换模型为四参数数学模型 （式2）.经过坐标系统转换的单基站CORS－RTK观测数据，能够在几千平方公里范围内达到厘米级定位精度，而且它的建设成本低廉，比较适合中小城市的应用.

4 结 论

根据实测数据对四参数模型是否适用于单基站CORS系统的坐标转换进行了分析，对于中小城市选用单基站CORS而言，四参数转换模型简便、易于实现坐标系统的转换.对于求解模型参数的公共点，应选择均匀分布于城市行政区域的控制点.对于单基站CORS实时定位精度，用RTK实测数据进行了验证，能够满足中小城市对数据的精度要求.

此外，单基站CORS系统具有建设、维护费用低、易于升级、安全、稳定等方面的优势.就CORS而言，单基站CORS更适合中小城市的应用.

［1］ 刘经南，刘辉.连续运行卫星定位服务系统—城市空间数据的基础设施 ［J］.武汉大学学报：信息科学版，2003，（03）：259－264

［2］ 刘大杰，施一民.全球定位系统的原理与数据处理 ［M］.上海：同济大学出版社，1996

［3］ 姚宜斌.平面坐标系统相互转换的一种简便算法 ［J］.测绘与信息工程，2001，（01）：1－3

［4］ 施一民.现代大地控制测量 ［M］.北京：测绘出版社，2003：5－39

［5］ 周志富.阜新市区似大地水准面拟合研究 ［D］.阜新：辽宁工程技术大学硕士学位论文，2007

［6］ 武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础 ［M］.武汉：武汉大学出版社，2003

［7］ 陶叶青.单基站CORS－RTK精度分析与测量数据处理 ［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2010

［8］ 杨光，方锋，祁芳.GZCORS系统的建设与应用 ［J］.地理空间信息，2007，（03）：20－22