宿州学院单基站CORS系统的建立及应用

戴洪宝，许继影

（1.宿州学院 环境与测绘工程学院；2.宿州学院 资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000）

连续运行卫星定位服务系统（简称CORS）在GPS技术的日臻成熟，通信技术、计算机技术、信息技术快速发展的大背景下，俨然已经成为了现代GPS的发展热点.CORS是空间数据基础设施的重要组成部分，它的建立能够满足不同用户的实时需求，能够实现实时精确定位和导航，在国土资源、土地利用、公路水利等方面都有着广泛的应用.相对于传统的GPS-RTK测量方法，CORS不仅能够获得高精度的测量数据，还能够扩大定位服务范围并保持精度的稳定性.因为CORS本身采用多参考站技术，所以它不仅能够实现对各种系统误差进行更加合理的建模，还能够有效地减弱以及消除用户端载波相位观测值中系统误差的影响，正因这样才使得整周末未知数结算能力得到提高从而实现更高的定位精度和效率[1-3].

由于受到经济条件和自然条件的限制，部分地区或城市短时期内还无法实现CORS系统的建立.在这样的现实情况下，单基站CORS应运而生，它具有投入少、见效快、作业范围较广等特点.同时系统之间有较好的兼容性，而且系统升级和扩展相对容易进行，对于中小城市的信息化硬件设施要求能较轻松的满足，能够确保系统运行的安全性和稳定性.

本文主要就宿州学院单基站CORS系统的建立与应用情况进行一定程度的研究，对于一些问题及要求进行一定程度的探讨.

1 单基站CORS系统建设

1.1 基准站布设

移动站的固定解算受到移动站和基准站接收的公用卫星数影响，并且基准站位置的选择要结合实地情况.最好选择视野开阔的易于永久保存的地点.为充分接受GPS信号，基准站高度角15°的区域应无任何遮挡物.同时在其他方面必须符合基准站建设要求.

结合以上所表述的原则及测区的实际情况，在宿州学院选择工科局楼顶架设基准站，观测墩布设永久性的观测墩，控制点设定为永久性的标志.

1.2 系统组成

单基站CORS系统的构成包含GPS基准站，控制中心，流动站以及网络通信模块.宿州学院单基站CORS系统基准站及控制中心硬件设备主要有南方基准站接收机，CR-3型号的扼流圈天线，供电电源，避雷针以及服务器等[4].本次单基站CORS系统建设的数据通信手段采用的是中国电信的ADSL宽带，网络通信采用固定IP地址.数据处理采用的是南方系列软件，在测绘实验室安置基站服务器软硬件系统，并有专业技术人员维护.

2 单基站CORS系统精度实验

2.1 实验步骤

实验是以基准站为中心，研究距离基准站不同距离的范围内，通过单基站CORS测量得到的数据精度情况.此次的实验方案是以10公里为单位，选取4个距离区段，分别在不同的区段内选取不同距离的试验点若干.实验步骤如下：在0-10km范围内，选定10个实验点，在10-20km范围内，选定6个试验点，在20-30km内，选定4个试验点，最后，30km以外的范围再选定2个试验点，这样每个区段里的点综合起来，一共是22个.首先通过静态测量获取试验点的坐标数据，然后使用单基站CORS测量试验点的坐标数据，最后比较两坐标中的x、y、h的差值.通过图1、图2、图3可以直观的展示X、Y差值分布情况.

图1 X方向的坐标差值分布

图2 Y方向的坐标差值分布

图3 H方向的坐标差值分布

2.2 数据分析

将我们所得的数据通过表1列出.由表格我们能够很直观的看出点的最大误差是4cm，大概位置在距基站约36km处；最小误差是1.2cm，大约距离基站300m.当然，我们从x、y、h方向的坐标差值分布图，即图1和图2，也可以很清楚的发现，其测得的精度可以从曲线的平缓程度看出，曲线越是平缓其测得的精度就越高.以基准站为中心，20km以内的范围，测得的x和y方向的精度能够达到3cm，h方向的精度也可以保证在5cm范围内.就是在30km以内的范围，x和y值的精度同样也能达到5cm，这样基本上对于一般性的测量工作都能实现.当试验点距基站距离太远时，例如在30km以外，这时影响接收信号的电离层和对流层对精度的干扰将会越来越明显，致使x和y的差值迅速增大，这样求得的转换参数是不能满足完全覆盖整个测区的.因此，对于单基站CORS系统来说，要保证其有较好的测量精度，在测量范围这块还是尽可能符合要求.

表1 外符合精度计算表

依据测量技术规范，统计试验点的平面坐标点位中误差和高程中误差分别是：

根据以上的数据分析，可以得出宿州学院一级控制点测量方法正确，一级控制点最终成果的点位精度能满足相应规范要求.

3 提高测量精度的方法研究

通过对单基站CORS系统精度的影响因素进行试验分析，得出了随着测量范围的扩大，单基站CORS系统的精度就会随之受到影响.现针对上述实验中所得出的结论，对提高测量精度的方法进行研究，主要考虑运用的是七参数模型[5-7].

（1）在同一坐标系统中大地坐标转换为空间直角坐标的数学模型为

(2)由空间直角坐标转换到大地坐标的数学模型为

假如需要地面点的平面和高程信息，则设（XDi,YDi,ZDi）为GPS控制点的参心坐标；（XGi,YGi,ZGi）为控制点的地心坐标，如果要实现两坐标系的转换，必需的参数有四个：①坐标轴间的旋转参数（εx,εy,εz）；②坐标轴的尺度参数 λ(λ 接近于 1），加上坐标原点的位移（△X,△Y,△Z）.数学模型为

要确定这四个参数，那么就至少需要知道三个地面点的平面和高程信息，也就是它们分别在WGS-84和西安80或是北京54坐标系下的坐标.通过这样的方法计算出的转换参数才能满足覆盖要测量区域的要求.

通过对七参数模型的设计和运用，能够有效的保证CORS测量精度的稳定性.这对于如今广范围、大面积使用单基站CORS来说是个福音.相信随着单基站CORS系统更加广泛的使用，在提高其精度方面将会有更多的方式方法被发现创造并得以实际应用.

4 总结

作为现代GPS发展的热点之一，CORS的优越性是不可取代的.针对于宿州学院这样的应用型本科院校来说，单基站CORS的建立对于测绘专业教学工作的开展具有相当的实用意义.本文通过对单基站CORS的建立与应用进行研究，主要得出了以下结论：

（1）通过具体精度实验可以得到，距离因素对系统精度影响确实存在，测区距基站距离远近不同，精度方面就会出现明显的高低变化.

（2）在系统建立试运行证明确实可行后，将系统进行实际应用.通过应用的情况可以表明，该系统在系统作业效率，覆盖范围以及数据可靠性、安全性、稳定性方面都很乐观.

〔1〕李成钢.基于多基站网络的VRS技术及其误差分析与建模[D].成都:西南交通大学,2003.

〔2〕赵永强,杜明成,孙国强.关于 CORS系统的布设及精度探讨[J].测绘与空间地理信息,2011,34(4):64-66.

〔3〕张汉庆.单基站CORS系统在宣城市建设用地勘测定界中的应用[J].科技资讯,2014,12(14):35-37.

〔4〕陈明华,吴遇文.单基站CORS系统在中小区域测绘中的应用探讨[J].测绘,2011（3）:131-133.

〔5〕魏瑞娟,李学军，等.单基站 CORS系统的建设与应用研究[J].测绘通报,2010(6):23-26.

〔6〕王锴华,徐爱功.基于单基站COR的RTK精度与距离测试[J].矿山测量,2012(1):29-32.

〔7〕王智超,张琛,尉红波,程俊.单基站 CORS 系统的定位精度研究[J].全球定位系统,2012,37(3):9-11.

〔8〕靳合波,吴学超,袁兴明.南方单基站CORS在校内控制测量中的应用[J].山东理工大学学报（自然科学版）,2014,28(3):46-49.