南方单基站CORS在校内控制测量中的应用

靳合波， 吴学超， 袁兴明(.青岛理工大学(临沂) 工程管理系， 山东 临沂 7400；.山东省国土测绘院， 山东 济南 500；

3.山东工业职业学院 建筑与信息工程系， 山东 淄博 256414)

随着GPS技术的飞速进步和应用普及以及信息技术、计算机技术的快速发展，GPS在工程建设中的作用已越来越重要.利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统(Continuous Operational Reference System，缩写为CORS)已成为工程建设GPS应用的发展热点之一[1-2].我国现行建立的CORS系统包括基准站网、数据处理中心、数据传输系统、、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络.CORS系统在工程建设中具有布局灵活、费用低、精度高、效率快的特点，尤其是在高等学校测量教学和实习场地建设的应用比较方便[3-4].

学校办学历史悠久，大部分基础建筑建设已经完成，学校建设之初所布设的校园控制点已经大部分被破坏，即使保留完整的控制点随着时间变化精度也发生了变化，并且当时的控制点都是利用全站仪获取数据手工计算得到，精度难以利用到现在的工程建设和实习场地中.由于学校操场建设的年岁日旧，难以保证学生的体育课和课余时间的使用，亟需建设新型的操场.针对学校操场建设和校园实习场地，利用南方单基站CORS对全校进行了整体控制和原有控制点恢复.

利用南方单基站CORS对全校进行了整体控制，布设了23个控制点，并且同时利用GPS静态定位获取了原有控制点坐标.通过对GPS和CORS测量的坐标，对比分析得出南方单基站CORS获取的坐标精度较高，能够满足校园工程建设和实习场地测量精度要求.

1 南方单基站CORS的发展和现状

1.1 GPS RTK定位原理

GPS RTK测量系统至少包含两台GPS接收机，其中有一台安置在基准站上，另外的接收机分别安置在不同的流动站上.基站站要安置在测区较高地方，而且要求观测条件良好、周围无遮挡物，在作业过程中实时向用户流动站传输坐标解算参数[1,5]，具体工作原理图如如图1所示.

图1 GPS RTK测量原理图

1.2 GPS RTK定位分析

1.2.1 RTK测量主要技术要求

(1)定位中误差相对于起算点来说不得超过±5cm；

(2)同一地区布设3个以上的RTK控制点；

(3)平面控制点应严格进行外业校核，南方GPS接收机可以采用三点校正求取七参数方法和单点校正.

1.2.2 RTK测量误差

GPS RTK在测量过程中受到卫星信号、传播路径、与GPS基准站之间距离以及无线电传输信号强度等误差影响.

1.3 CORS系统建立

由于GPS卫星信号误差来源，以及RTK在使用过程中需要的控制点数量等情况，导致定位测量过程中不仅影响了定位精度而且降低了工作效率.针对以上原因国家建立了一系列连续运行卫星定位服务综合系统简称CORS站.CORS站的建立提高了测量定位精度、节约了测量成本、提高了测量效率；可以对工程建设进行实时有效的监测，能够快速预测出工程变形；CORS站是未来城市发展建设信息化的重要组成部分，可以对城市空间信息由原来的空间位置提升到城市空间数字化[4-6].

1.4 南方单基站CORS系统

1.4.1 单基站CORS系统原理(图2)

单基站CORS系统工作原理可以认为只有一个连续运行参考站.类似于GPS RTK测量过程的1+1或者1+n工作模式，唯一的区别就是CORS系统由一个连续运行的基准站代替了GPS RTK测量的基准站.连续运行基准站包含一个控制软件和服务器，能够实时监控卫星的状态，存储和发送相关数据，以及同时提供网络差分服务和用户管理[7-8].

图2 CORS系统的原理

1.4.2 CORS系统建设

基准站由观测墩(图3)和仪器室两部分构成.我校建设的南方单基站CORS系统观测墩建立于2号楼楼顶，仪器室在屋顶下面的实验室，能够提供全天的电力供应和网络信号.

图3 观测墩

1.4.3 CORS系统连接

目前最常见的上网方式为ADSL，ADSL可以是专线方式(静态地址)，虚拟拨号方式(动态地址).使用网络又可分为ADSL直连internet和通过局域网连接internet.南方CORS服务器连接在局域网内，需将SOUTH CORS的内网IP 192.168.1.11影射到外网IP 121.33.243.70，即在路由器上要设置虚拟服务器影射192.168.1.11，这样外网才可访问SOUTH CORS[8].

2 学校控制网复测

校园控制网的恢复测量工作主要是利用南方单基站CORS系统，对校园内的控制点进行了详细的测量.并且利用南方GPS静态观测处理的结果和GPS RTK测量的结果与CORS系统测量的结果对比分析，具体的观测成果和分析结果如下.

2.1 GPS静态坐标测量

选择天气晴朗的一天，利用4台南方灵锐S86 GPS接收机对校园内保存完整的控制点与城市控制点坐标联测，得到原有控制点的坐标.获取校园控制点在城市坐标下的三维坐标，依据全球定位系统城市测量技术规程的要求，控制网最弱点点位中误差和最弱边相对中误差均达到了GPS控制网的精度指标(表1).

2.2 GPS RTK坐标测量

南方GPS接收机设置成基准站和RTK移动站模式，根据校园GPS控制网，利用KZ1、 KZ5、KZ8三点求得坐标转换参数，把WGS-84坐标转换成城市坐标.利用RTK对校园GPS原控制网中保存较完好的点逐一进行测量，实时保存每个测量数据，观测完毕进行数据传输并且与GPS静态结果对比分析分析(表2).

表1 保存完整控制点坐标

表2 GPS RTK测量成果与静态测量分析结果

通过对GPS RTK测量的坐标与静态测量的坐标分析，可以得出相对误差最大25mm，最小6mm，平均误差X方向20mm，Y方向误差为17mm.

2.3 CORS系统坐标测量

利用南方CORS系统对校园内布设的GPS控制网进行逐点观测，并且保存观测成果.观测完毕进行数据传输和内业数据整理.南方CORS观测成果分别与校园GPS静态成果和GPS RTK测量结果进行比较.具体结果见表3和表4.

表3 南方CORS系统测量成果与静态测量分析结果

表4 南方CORS系统测量成果与

通过对南方CORS系统测量的坐标与静态测量的坐标分析，可以得出相对误差最大22mm，最小12mm，平均误差X方向16mm，Y方向误差为17mm；与GPSRTK测量精度对比分析，由于所测的区域面积有限，两种RTK测量精度基本一致.

南方GPS RTK和CORS系统两套方案测量的部分控制点的坐标与静态控制点坐标对比分析可以得出，坐标差值的相对误差都较小，平面X方向坐标相对误差均在25mm之内，Y方向坐标相对误差均在20mm之内.这一精度能够满足测绘及相关专业的导线测量、图根控制和大比例尺数字化测图的精度要求.

3 结论

(1)本文主要利用南方单基站CORS对校园GPS控制网内的控制点进行测量作业，分析了两种方案测量坐标的精度，以此来检验南方单基站CORS系统的测量精度，稳定性，可靠性.经过检验结果可以得出南方单基站CORS系统稳定，操作简单，精度高，扩大了作业范围，用来恢复校园内的控制网节省了人力、物力和财力.

(2)通过对校园控制网进行了坐标复测可以得出，坐标相对误差都在25mm之内，新建控制网点的坐标精度完全满足了校园测量实习和学校操场建设的精度要求.

(3)校园GPS控制网点在使用过程中由于基础建设和人为原因，经常导致点位破坏或者数量减少，可以利用南方单基站对校园内点位坐标进行恢复或者重新改造校园控制网.

[1] 刘经南,刘晖.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(6):259-264.

[2] 杨光.基于CORS平台的三维坐标在线转换系统[J].测绘通报,2008(11) :11-13.

[3] 阳力,吕超.CORS系统卫星跟踪基准站建设的探讨[J].地理空间信息,2007(1):30-31.

[4] 周立民.建立CORS的必要性和意义[J].南方测绘报，2004,5(3):46-51.

[5] 汪伟,史廷雨,张志全.CORS系统应用发展与展望[J].城市勘测，2010(3):44-47.

[6] 宋雅楠.CORS技术在公路工程中应用前景展望[J].辽东学院学报，2010(6):116-118.

[7] 党红寇,李德明,张伟.CORS技术在矿山测量中的应用[J].淮海工学院学报，2011(12):31-33.

[8] 李菲,黄鄂.单基站CORS校园测量实习教学研究[J].科技咨询,2012(24):22-23.