牡丹江市单CORS站的建立与应用研究

郭井刚

摘 要：结合具体的工程实践，总结牡丹江市单基站CORS的建设和应用情况，研究基站的选择与设立，网络RTK模型的建立，然后对系统作业距离和系统的精度以及整体的稳定性进行检测，提出单基站CORS建设和应用中应该注意的问题。

关键词：单基站CORS；网络RTK；城市测量；精度检测

引言

随着GPS技术的日益成熟和通讯技术、信息技术与计算机技术的快速发展，目前在我国已有不少区域和城市建立了多基站连续运行GPS基准站系统（简称CORS），但是由于动辄几百万甚至是上千万的资金投入，相对于那些受到自然条件和经济条件限制的中小型城市而言，显然是无法在短时间内建立起一套完整的CORS系统的，对于能建立起来的也是一种资源的浪费，因为投入和回报太不成比例。但是单基站连续运行GPS基准站系统（简称单基站CORS）资金投入较少，而且布设灵活，结构简单，易于后期的维护和管理，不仅可以独立的使用，还可以随时升级并网为多基准站连续运行基准站网网系统，可以为中小型城市中的测绘工程提供足够精度的实时定位服务，大大的解决了资金投入与迫在眉睫的实际需要问题。下面针对牡丹江市单COSR站的建立具体的谈一谈应用心得和实际体会。

1 单基站CORS的设计与建设

1.1 系统构成

单基站CORS系统由GPS参考站（基站），数据服务器，网络通信模块和流动站组成。基站包括GPS接收机，天线，避雷针，电源，数据服务器既是控制中心又是数据中心，分托管型和非托管型，托管型由供应商提供和维护，非托管型要建立独立的数据服务器，基站与服务器相连。牡丹江市CORS采用的是非托管型服务器，系统基站采用的是拓普康GPS7400接收机，网络通信采用GPRS/CDMA/EDGE数传终端模块。

1.2 基准站的选择与建立

众所周知RTK固定解的精度与出解时间与基站架设的位置有直接的关系，所以为了日常工作的效率以及成果的精度，我们的基准站架设地点应该选在易于安装接收设备且视野开阔的地方，周围高度角15度以上应该没有任何的障碍物，以避免GPS信号被遮挡，同时附近不能有强电磁场或信号发射源，另外还要避开多路径效应的影响，一定不能架设在大面积的水域周围，避开铁路和公路等易产生震动的地点和地质构造相对不稳定的区域，并且保证基准站周围有安全可靠的电源及通信系统，便于接入通信网络；同时所处地点应该交通便利，便于以后的保养维护或后续的维修升级等。本着以上的原则和牡丹江的具体实际情况，CORS站选在了紧邻测绘院旁一个五层公建的楼顶，一是此楼顶为周围最高的建筑物，二是离本单位很近便于后续使用与保养维护。控制点为永久性标志，观测墩为半永久性铁质柱状观测墩。

1.3 基站点的施测

牡丹江市单基站CORS基站点的平面位置按D级GPS精度，高程按四等水准精度要求施测。平面坐标系统采用1979年牡丹江城市坐标系统，高程系统采用1956年黄海高程系统。平面控制采用GPS静态测量，采用边连式构网，使用6台华测GPS接收机同步观测多个时段，联测城市三等控制点四个，经华测GPS解算软件解算平差后，各项精度指标满足相关规范的要求。高程控制利用基站周边牡丹江城市内的二个国家一等水准点做为起算数据，利用三角高程代替四等水准的测量方法联测了新布设的控制点和四个城市三等点及基站点，联测成果满足四等水准测量规范精度的要求。以上控制测量中所采用的仪器均在检定有效期内。

1.4 单基站CORS RTK模型的建立

本系统按GPS卫星定位确定的位置是当地地心参考框架下的坐标，系统要把在整个地区的动态地心框架下的坐标转换成满足测绘和规划工程的地方独立坐标系中，因此就需要在二者之间建立一种严密的逻辑转换关系，这就需要求解出转换的七参数，所以我们将控制点的WGS84和地方坐标及高程成果导入GPS手簿内自动解算出七参数，并且要保证所采用的控制点在平原地区与山丘地区均匀的分布，为了保证不同区域的接边精度，必须在接边处布设足够的控制点，并把这些点应用到解算参数的过程中。所采用的控制点尽量的要多，高程拟合采用的已知点高程均为水准高程，以保证求解参数的准确性。从后续数据来看，牡丹江建立的模型满足各项指标的要求。

2 单基站CORS系统的运行与测试

从牡丹江单基站CORS系统的筹备，建设到完成阶段，总共经历了大概1个月的时间。为了验证和评价系统的可靠性。作业范围和作业精度等主要的指标，在系统建成后进行了试运行。基准站24小时连续运行工作没有发生故障，只有移动站在网络不好的地区出现无解的情况，但这是网络造成的原因，与基准站本身没有关系，下面具体从系统作业的距离与精度进行测试。

2.1 系统作业距离测试

在系统试运行期间，分别在距牡丹江周边的桦林，柴河和磨刀石等地对系统进行了测试。移动站在20公里内能够快速的达到固定解，在25公里处也能达到固定解，到30公里以上有明显的延迟现象。但这个距离已经足够满足牡丹江市城区范围内的测绘工程，对于单基站的系统，作业距离还是很好的。

2.2 系统精度的检测

牡丹江单基站CORS精度检测采用城市内已有的控制点进行检测，检测点在整个区域内保证均匀分布，每一个有代表性的区域都有点位，最小作业半径2.1千米，最大的作业半径31.5千米。共有5个C级GPS点和15个D级GPS点参与了检测。检测结构见表1，点位中误差0.0193米，高程中误差0.0231米，从结果可以看出来，在基准站正常工作的范围内，利用单基站CORS系统的网络RTK模型所得到的测量成果完全可以满足规范的要求。证明了系统的正确性和可靠性。

3 系统的应用效果

牡丹江单基站CORS系统建立前，市内的工程测量均采用常规的测量方法进行，在每个工程开始前，先要在首级控制基础上进行一、二级导线的布设，最后根据工程需要加密图根点，共需要进行三级布网。而采用了单基站CORS RTK测量后，则可在四等网的基础上直接加密图根点，节省了大量的宝贵时间，并且减少了误差的传播，提高了整个工程的测设精度。下面以具体工程为实例：牡丹江市江南新区对俄经济贸易园区大概占地10平方公里，至少需布设约640个图根点。如果按照传统的全站仪布测大约需要10天左右的时间，需要2个选点人员与3个测量人员；若采用一台RTK，则只需要5天左右时间即可完成，需要1个选点人员与1个测量人员。再以定线测量和拨地测量为例，传统的方法需要至少3人进行作业，而使用RTK测量以后只需要一个人即可完成。从以上举的2个实例我们不难发现，单基站CORS系统投入使用以后大大的节约了测量外业的作业时间，节省了测量技术人员的投入使用，测量的成本也远远的低于以前的水平。这都是单基站CORS RTK给我们带来的巨大效益。

4 结束语

牡丹江单基站COSR系统的建立虽然投入较少，但满足了当地测量用户不同层次空间信息技术服务的需要，施工短，见效快，灵活性强，便于以后的升级和扩展。建立起来以后使用率非常的高，而且极大的减轻了测量外业人员的劳动强度。随着GPS接收机价格的降低，通讯网络的不断改善，特别是手机4G业务的日益成熟，单基站CORS系统在中小区域中将会更加发挥它的巨大作用。