单基准站CORS系统在水利工程观测中的运用

黄春华 徐冰凌 于洪亮

（江苏省江都水利工程管理处，江苏扬州 225200）

0 引言

随着GPS 技术在测量领域内应用的不断深化，以及各行业用户对GPS 测量提出了越来越高的要求，近些年很多城市或地区开始建立专门服务于本地区的GPS 连续运行参考站网络系统［1］，给基础测绘、整个城市的空间信息数字化和地质灾害监测等工作注入了新的动力。然而，这些GPS 连续运行参考站系统一般要求整个网络系统中至少有4 台长期运行的GPS 参考站型接收机［2］，复杂的网络数据传输系统和数据处理软件系统，其投资巨大、审批建设周期漫长、系统维护费用高昂。虽然这样的网络GPS 系统给用户所提供的服务空间范围比较大，服务种类也更加多样，但对于很多想体验GPS 连续运行参考站给GPS 测量带来诸多便利性的中小用户而言，无疑门槛太高。针对这种情况，江都水利枢纽按照现代化的需要，参考现代GPS 热点应用，结合本单位的实际情况，建立了一套单基准站的CORS 系统，新系统应用后，解放了大量的人力物力，测绘速度和精度与原系统相比有了较大的提高。

1 单基准站CORS 系统简介

单基准站CORS 系统由基准站、数据服务器、系统控制中心、移动站四个部分组成。基准站与用户应用系统通过数据传输系统连接成一体，形成专用的网络。在卫星定位信号的有效覆盖区域内，可提供GPS 实时测量，满足非荫蔽区日常工程观测工作以及地籍、规划等要求。系统采用了基于TCP/IP 的网络通信技术，进行RTCM-SC104 标准格式或CMR 格式RTK 差分广播。系统流动站GPS 接收机使用蓝牙GPRS［3］手机数据服务访问参考站的RTK 差分改正数据。单基准站系统有效覆盖半径可达25 km。

江都水利枢纽所属水利工程相对集中，以江都站为中心，25 km 范围内已完全涵盖了所有的工程，根据这个控制范围要求和仪器长距离RTK 的作用距离，我们考虑在江都一站主厂房屋顶架设一台CORS 基准站就可以达到要求。

2 江都水利枢纽单基准站CORS系统设计

2.1 基准站部分

主要是一台IRTK 长距离RTK接收机［4］。GPS 接收机使用GSM 数据链，通过GPRS 方式登陆到数据服务中心，然后将差分数据发送到数据服务中心。用户使用时要将仪器设置为内置GPRS 基准站模式发送数据。GPRS 通讯需要开通中国移动使用GPRS 数据通讯业务，只要有一张SIM 卡，到营业厅开通数据的包月服务，一般20 元/月左右，就可以利用其进行数据传输，实现用移动公司发射塔来替代原来的移动站和基准站的电台。GPRS 的传输不受距离限制，而且抗干扰能力强，即使在城市中有高大建筑物阻挡的情况下，其信号的发送、接收效果也很好。

2.2 数据服务器部分

包括一台可以上网的电脑以及在电脑上运行的服务器软件，该软件的功能主要包括三个方面：管理登陆的接收机；接收基准站和移动站的数据；由系统控制中心根据移动站的位置选择合适的基站数据依靠GPRS信号转发给移动站。GPRS 模块与数据服务器之间利用Internet 网络联系，基准站首先通过GPRS 将数据发送到Internet 网络，然后到达数据服务器，数据服务器的数据也是先传给Internet 网络，然后到达每个有GRPS收发设备的移动站终端。相比较而言，常规的RTK 测量中，基准站必须通过电台发送差分数据给移动站，江都水利枢纽的单基准站CORS 系统网络也不例外，只不过数据首先通过服务器发送数据给服务中心，然后通过数据服务中心发送给移动站，中间增加了接收、处理、转发的过程。差分数据发送的波特率以及格式和原有的常规RTK 没有区别。一般以19200波特率发送，格式有RTCA、RTCM、CMR 等几种，这些数据中一般都包括了基准站的位置信息和电离层对流层的载波相位改正数据。

2.3 系统的控制中心

接收各基准站数据，进行数据处理，形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户。数据处理中心是单基准站CORS 的核心单元，也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。中心再连续不断地根据基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算，自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站（包括基准站坐标和GPS 观测值信息），同时通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供载波相位差分修正信息，以便实时解算出流动站的精确点位。

2.4 移动站部分

包括一台或者多台GPS 接收机，使用GSM 数据链，通过GPRS 方式登陆数据服务器，以GGA 格式将自己的坐标信息发送给服务器，接收服务器发送来的差分改正数据进行实时定位采集，以完成精确定位的测绘任务。

2.5 坐标系统和高程

在建设区域参考站系统对平面坐标系统和高程的统一是非常重要的［5，6］，本系统采用的方法如下：

（1）使用当地的坐标系统，按照当地七参数统一数据解算依据；

（2）七参数的使用基本上解决了高程问题，高程系统使用85 国家高程系统；

（3）基准站的坐标为本地的坐标，通过七参数转换为WGS84 坐标发射；

（4）移动站保持和基准站坐标系统统一，使用七参数转换为当地坐标；

（5）其它型号的接收机接入时，利用七参数作为转换参数输入。

2.6 系统指标

系统指标见表1。

3 使用优势

由于城市建设速度加快，基础设施建设对工程的观测基点、控制点破坏较大，重新埋设及维护费用较高，若维护不到位，一般在5～8年需重新布设，至于在道路上的图根控制点则消失更快，1年就基本被破坏，工程管理单位若重新布设，则需要花费大量的人力物力，最终往往重设的控制点精度还达不到要求，造成人力物力财力的巨大浪费。

表1 系统指标

江都水利枢纽单基准站CORS建立后，大大提高了工程日常测绘的效率，降低了测绘的劳动强度和成本，省去了大量的人力物力费用，节省各项测绘工程实施过程中约50% 的控制测量费用。随着江都水利枢纽单基准站CORS 的建立和连续运行，在管理范围内形成了一个以永久基站为控制点的网络，可以对所属的工程设施进行实时、有效、长期的变形监测。

单基准站CORS 系统彻底改变了传统RTK 测量作业方式，其主要优势体现在：

（1）改进了初始化时间，扩大了有效工作的范围；

（2）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；

（3）拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性；

（4）用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；

（5）使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；

（6）提供远程Internet 服务，实现了数据的共享；

（7）扩大了GPS 在动态领域的应用范围；

（8）为江都水利枢纽现代化建设提供了新的契机。

4 结语

江都水利枢纽单基准站CORS系统不仅是一个动态的、连续的定位框架基准，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的重要基础设施，系统可在辐射区域内向用户提供高精度、高可靠性、实时的定位信息，并实现工程测绘数据的完整统一，这将对江都水利枢纽现代化基础地理信息系统的采集与应用体系产生深远的影响。它不仅可以建立和维持枢纽测绘的基准框架，更可以全自动、全天候、实时提供高精度的空间和时间信息，成为工程建设、规划、管理和决策的基础。

［1］丰勇，郭毅.GPS 连续运行参考站系统（CORS）原理及应用［J］.内蒙古科技大学学报，2010（04）.

［2］郭万里，张永，王小刚，王建成.城市GPS 连续运行参考站网（CORS）应用综述［J］.人民珠江，2008（01）.

［3］祁芳，刘晖.GPRS 技术在CORS系统中的应用［J］.全球定位系统，2003（09）：2-3.

［4］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），2003，28（3）：1-2.

［5］刘晖，时晓燕.深圳市连续运行卫星定位服务系统的建立与试验［J］.测绘通报，2003（9）：1-2.

［6］黄丁发，丁建伟，夏捷.差分GPS连续运行参考站（网）建设研究［J］.西南交通大学学报，2000（4）.