基于CORS的差分定位终端的设计

石　颖，王卫星,2,3※，陆健强，胡子昂

基于CORS的差分定位终端的设计

石颖1，王卫星1,2,3※，陆健强1，胡子昂1

（1.华南农业大学电子工程学院，广州510642；2.国家生猪种业工程技术研究中心，广州510642；3.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州510642）

摘要针对目前村镇建设在用地再开发的传统监测方法中，存在监测终端没有定位信息或者定位精度十分有限、定位信息不能及时回传到后台监控系统等问题，本文研究一种基于CORS（Continuous Operational Reference System，连续运行卫星定位服务综合系统）的高精度差分定位终端。该终端通过主控芯片stm32f103zet6来驱动GPS定位OEM板，获取粗略的单机状态下的定位信息，利用GPRS网络将其上传到CORS中心，之后接收CORS中心回传的差分信息，最终输出高精度定位信息；最后利用GPRS网络，将定位信息回传到指定的IP地址上，以便后续使用和研究。该装置采用C语言编程，根据实际应用编写了差分信号传输协议和应用程序，实现了高精度差分定位信息的获取并且将定位信息回传到后台监控系统，满足了村镇建设用地再开发实时监测终端的定位可靠性和精确性，为村镇建设用地再开发现场实时监测提供了一种简便的定位手段。

关键词CORS差分高精度定位实时监测

0　引言

目前，村镇建设用地再开发中常用的测量方法主要有两种，一种是人工巡查、数据上报等传统监控手段，即国土部门的巡查工作人员亲自到村镇建设用地再开发现场进行查看和勘测，监测效率低下，现场人工定位信息也没能实时上传到监管中心，难以满足有效实时监管的要求；另一种方法是通过布设摄像头来进行监控。这种方法可以满足实时监控的要求，但是目前采用的摄像头大多没有坐标定位功能或者定位精度低。缺少定位信息的视频监控给村镇建设用地再开发在地理空间管理上带来了极大的不便。在监测过程中，为了方便后台地理空间的管理，特别是为了使摄像头的实际地理位置与电子地图实现最大准确度的匹配，研究一种高精度的、定位信息回传的移动装置是很有必要的［1-3］。

连续运行参考站系统CORS诞生于上个世纪末，是互联网技术、计算机网络管理技术、无线通讯技术和全球定位技术的迅速发展的产物［4］。利用CORS系统，可以免去传统差分定位模式中自己架设基准站的麻烦。它可以实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的各种精度和实时性要求的定位服务［5，6］。

1　CORS系统概述

CORS系统是在一定的研究区域范围内，建立由若干个连续运行参考站、数据通讯链路、数据中心和用户终端构成的局域网络，综合应用GNSS （Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统）定位技术、计算机技术、数据通讯和互联网（LAN/WAN）技术进行实时差分改正信息解算，实时地向用户自动的提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距），各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统［7］。CORS系统的基本原理是利用GPS导航技术，在较大的研究区域内，根据需求按一定距离建立长年连续运行的一个或若干个相关联的固定的GPS参考站，其构成一个参考站网，为数据控制中心提供及时而准确的数据和参数。系统控制中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对网内的数据进行统一的解算，实时估算出网内的各种系统误差改正项（电离层、对流层、卫星轨道误差），最后获得本区域误差改正模型并向用户发送GPS改正数据［8，9］。用户只需要1台可以实现差分运算的GPS接收机，便可实时或事后得到高精度的可靠定位结果［10］。

2　总体设计

CORS系统出现之前，在差分定位模式下，用户往往都是自己找点架设基准站，一般都是临时搭建，并且作业范围多在十几公里内。在CORS模式下的定位，我们自主研究在GPRS网络上建立好数据链路的基础上，只需要一个GPS接收机就可以实现高精度定位，能满足村镇建设用地再开发的测量需求。

2.1硬件结构

本设计硬件部分主要包括主控制器、GPS定位OEM板、GPRS模块、显示模块、键盘模块、电源模块组成。其硬件结构如图1所示。

为了确保该终端的性能，主控芯片采用了意法半导体（ST）公司的stm32f103zet6芯片。该芯片集成度高，片上资源丰富，接口多，具有三个串口硬件资源，能够满足本设计的开发；其指令执行效率高，抗干扰能力强，能够更好的协调本设计各模块的运作。

基于CORS的定位终端的关键在于移动端能够实现差分解算，本设计采用了GARMIN公司的GPS15L OEM板，其实物如图2所示。该OEM板主要有两个串口，串口1输出NMEA语句，串口2输入RTCM差分改正数据。

图1　硬件结构图Fig.1 The hardware structure diagram

图2　GPS OEM板实物图Fig.2 GPS OEM

无线GPRS网络实现了数据与CORS系统的连接和定位信息回传。GPRS网络具有成本低、覆盖率高、时延小、传输速率高等优点，能够满足定位终端端与CORS系统的数据传递和终端的数据回传。

虽然该装置具有定位信息回传功能，但为了能够更好的检验定位信息，在移动端采用液晶显示器来显示定位信息，使定位信息一目了然。液晶显示器主要显示经纬度、高程数据、卫星数等信息。

2.2软件设计

针对上述硬件结构平台，结合村镇建设用地再开发现场监测对定位精度的要求，设计了一款基于C语言的对应要求的软件系统。

各模块的驱动：相比较以前的嵌入式开发的移动终端，本设计采用C语言编程，可移植性强，对于外接的模块驱动，没有嵌入式复杂，有利用后续的维护跟踪。在本设计中，首先要对GPS模块、GPRS模块、显示模块进行驱动，确保各部分能够正常工作，特别是对GPRS模块的驱动。GPRS网络是本设计关键部分，直接关系到移动端是否成功与CORS系统建立链接以及移动端的定位信息是否实时回传。

NRTIP协议编程：NRTIP（Networked Transport of RTCM via Internet Protocol）协议是由德国联邦制图和测地局发起，经过RTCM委员会认证、公开使用的一种专业应用层协议，解决了CORS系统参考站和RTCM差分数据通讯标准问题［5，11-13］。NRTIP协议由 3部分组成：NtripServers、NtripCaster和Ntrip Clients。NtripServers将原观测数据传送到 Ntrip-Caster；NtripCaster负责接收和分发差分数据；NtripClients从 NtripCaster获取相关数据源的差分数据［14，15］。NTRIP协议与CORS系统的连接如图3所示。

图3　移动端与CORS连接Fig.3 Mobile terminal connected to the CORS

应用程序设计：在本设计中，开机首先利用GPRS网络与CORS系统中心建立连接，等待CORS中心进行移动端的身份验证，当身份通过时证明定位终端端已经可以与CORS系统实时地传输数据。定位终端的GPS OEM板进行单机定位后将NMAE数据发送给CORS系统，然后接收CORS系统发送的RTCM差分数据，OEM板进行差分运算，最终将高精度的定位信息存进缓冲区。移动端的显示器可以实时地显示出高精度定位信息，而利用GPRS网络也可以将定位信息回传到指定的IP地址上。移动端的程序流程如图4所示。

图6　移动端应用程序流程图Fig.6 Program flowchart of Mobile terminal

3　结论

本文利用stm32平台搭建基于CORS的高精度差分移动终端，利用GPRS网络，在NRTIP协议基础上与CORS系统建立起网络链接，利用 GPS OEM板进行了实时差分定位。本装置具有成本低、体积小易于携带等优点，能够满足村镇建设用地再开发的测量要求，在为村镇建设用地再开发现场实时监测提供了一种简便的定位手段。

参考文献

［1］范文瑜，张荣群，朱道林，等.基于GIS的村镇建设用地节地效果评价系统［J］.计算机工程与设计，2011（10）：3526-3529.

女子的体力似乎已经耗尽了，她脚下不稳，被乱石绊了一跤，扑倒在地。当先的土狼已经到了她的身后，一跃而起，恶狠狠地朝着她扑下。

［2］刘吼海，胡月明，叶云，等.村镇建设用地市场信息采集终端与数据库设计［J］.南方国土资源，2015（5）：28-29.

［3］黄凌翔，段旭文.村镇建设用地再开发的经验与问题［J］.当代经济管理，2015，37（1）：46-50.

［4］赵新秀，王解先.CORS用户管理系统的研究与开发［J］.工程勘察，2010（9）：74-76.

［5］张健，吴新良，高万柱，等.CORS手持GPS接收机在架空输电线路中的应用探讨［J］.绿色科技，2014（7）：289-290.

［6］罗峰.基于CORS平台的管理信息系统开发与应用：第四届“测绘科学前沿技术论坛”［C］.兰州：2012.

［7］曾嘉.浅谈CORS技术在RTK测量中的应用［J］.科技风，2014（24）：90.

［9］李旺民.基于广东CORS平台的网络RTK技术在竣工规划验收测量中的应用［J］.中国新技术新产品，2012（11）：27-28.

［10］陈坚祝.CORS系统在道路工程测量中的应用［J］.黑龙江科技信息，2014（24）：32.

［11］汤晟佳，刘晖，张明.基于NTRIP协议的CORS系统联网方法的研究［C］：第三届中国卫星导航学术年会，广州：2012.

［12］方浩天，彭树标.基于CORS的移动GIS采集系统设计与实现［J］.现代测绘，2011（1）：37-40.

［13］杨汀，陈宜金.NTRIP协议及应用实例［J］.黑龙江科技信息，2010（9）：27-28.

［14］胡雪松，丁玉平，王彩霞.CORS终端监控平台的构建［J］.现代测绘，2010（2）：8-10.

［15］孙海鹏，翟传润，战兴群，等.基于CORS车辆导航定位系统的方案设计［J］.测绘工程，2007（2）：58-60.

基金项目：公益性行业科研专项项目（201411019）

作者简介：石颖（1989—），男（汉），广东揭阳人，硕士研究生，主要从事无线传感器网络、电子信息技术在农业上应用研究。广州华南农业大学电子工程学院，510642。Email:1356516141@qq.com

通讯作者：※王卫星（1963－），男（汉族），河北宣化人，博士，博士生导师，中国农业工程学会会员（E041200223S），主要从事无线传感器网络、电子信息技术在农业上应用的研究。广州华南农业大学电子工程学院，510642。Email:weixing@scau.edu.cn

Design of Mobile High-precision Positioning Device Based on CORS

Shi Ying1，Wang Weixing1，2，3※，Lu Jianqiang1，Hu Ziang1
（1.College of Electronic Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.National Engineering Research Center for Breeding Swine Industry，Guangzhou 510642，China；3.Key Laboratory of Key Technology for South Agricultural Machine and Equipment，Ministry of Education，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

Abstract：In order to solve the problems that exist in the？realm of the village and town construction land redevelopment monitoring methods at present such as low efficiency，lack of positioning information or low precision of positioning accuracy，and that the positioning information being not able to reach the monitoring background system in time，etc.the paper gives a brief introduction to a high precision positioning access device used for village and town construction land redevelopment based on CORS（Continuous Operational Reference System）.Thehigh-precisionpositioningaccessdevicedrivesGPS-OEMbroadbymaincontrolchip stm32f103zet6 to seize the position information on the coarse state of single machines，uploads the information to the center of CORS by GPRS，receives the differential signal from the center of CORS and outputs high-precision position information.Meanwhile，the position information is posted back to specified IP address for continuous usage and study by GPRS.？The device which adopts C language programming，writes differential signal transport protocol and application program according to practical application and gets high-precision position information and sends it to monitoring background system.It ensures reliability and accuracy of village and town construction land redevelopment positioning real-time monitoring terminal and provides a convenient positioning method used in village and town construction land redevelopment positioning real-time monitoring.

Key words：CORS，GPRS，village and town construction land redevelopment，high-precision positioning