RTK GSM模式和CORS结合在污水管线测量应用

向云飞，余代俊，何祖建

(成都理工大学 现代工程测量技术及应用研究所，四川 成都 610059)



RTK GSM模式和CORS结合在污水管线测量应用

向云飞，余代俊，何祖建

(成都理工大学 现代工程测量技术及应用研究所，四川 成都 610059)

摘要：通过将CORS与RTK GSM工作模式相结合，采用中海达GPS的四参数解算，将使用单站RTK的独立坐标系转换到CORS使用的坐标系。通过二者结合克服CORS某些地区信号较差与单站RTK覆盖范围有限，频繁设站，无统一基准，且二者都需插SIM作业等问题，切换方便迅速，大大提高工作效率。

关键词：CORS；RTK GSM；转换；坐标系；覆盖范围

随着全球定位技术的快速发展，许多城市纷纷利用多基站网络RTK技术建立属于自己的连续运行参考站技术(continuously operating reference system，CORS)。用来满足覆盖范围内城市的各种测量，如城市的规划建设、施工测量等。CORS系统相对于普通的RTK技术，克服系统分散、相互独立、覆盖范围有限、临时性基准站频繁设置等问题。但是在使用成都CORS系统过程中，发现CORS系统在高楼林立，树木成林的地方，CORS系统信号比较差，很难得到固定解甚至浮动解。RTK技术虽然基准站覆盖范围有限(一般几千米)，但是在所覆盖范围内信号相对来说较强，可以迅速得到固定解。而且使用CORS系统需要插SIM卡到移动站GPS接收机，且RTK GSM作业时分别将SIM卡插到基准站和移动站GPS接收机上。故可以将RTK GSM模式和CORS有效结合，迅速在CORS和RTK之间切换，结合二者优点，提高工作效率。

1CORS系统原理和优缺点

1.1CORS系统原理

连续运行参考站系统为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，通过专线网络将接收到的卫星信息传入控制中心(控制中心是系统的核心，是通讯控制和数据处理中心)，然后控制中心通过无线通讯网络实时将GPS观测值、改正值、状态信息提供给不同的用户，方便用户的使用[1]。连续运行参考站系统一般包括GPS参考站、地面数据处理控制中心、通讯网络、用户4个部分。

1.2CORS系统优缺点

连续运行参考站系统一般由城市建设，用来满足覆盖范围的城市建设、勘测规划等方面的需要。CORS系统具有一定覆盖范围，并且控制中心去除了周跳和系统误差等，具有较高的精度。相对于普通的单站RTK测量具有很多优点：

1)覆盖范围广。一般的CORS系统由许多基准站同时连续实时监测，覆盖范围很广，站与站之间可以达到50～100 km,整个系统覆盖范围更广，相对于单站RTK的5～10 km的覆盖范围，工作区域有很大改善[2]。

2)使用方便。一般由控制中心将处理过的信息传送给用户，用户通过一台流动GPS接收机使用账户和密码登陆即可使用，解决单站RTK频繁设置基准站的问题，节省人力物力。

3)定位精度较高。CORS系统的数据处理中心将基准站接收的卫星信息很好的处理，去除周跳和系统误差，可以为用户提供厘米级误差的定位精度。

4)具有统一的基准。在CORS系统的覆盖范围内，获得的定位坐标具有统一的精度，解决RTK各自独立坐标系每次需要与控制点联测的问题。

CORS系统的优点给本次成都龙泉驿区大范围的污水调查与测量带来很大的方便，但是在使用过程中，在高楼林立、树木成林的地方信号较差，GPS接收机较难获得固定解，不能很好完成测量任务。

2RTK定位原理和GSM工作模式

2.1单站RTK工作原理

RTK技术又称实时动态定位技术，由于其能快速定位，实时获得所需点的坐标，越来越广泛的应用于各种测量。RTK一般包括3个部分：基准站，流动站，数据链。基准站GPS接收卫星信号，然后通过电台将基准站点的坐标信息以及接收的卫星信息发送至移动站。移动站除接收卫星信号还接受基准站传送的信息，通过差分技术计算载波相位整周模糊度，从而计算流动站相对于基准站的相对坐标，进而得到流动站的三维坐标和精度质量[3]。

RTK技术能在很短时间获得点位的厘米级的定位精度，且初始化时间短，可广泛应用于各种城市工程测量。但是由于电台功率和数据链的传输质量问题，RTK一般都有一定的覆盖范围，在所覆盖的范围内定位精度高且快。

2.2RTK GSM工作模式的介绍

本次成都龙泉驿区污水管线测量采用的GPS接收机为中海达V30，中海达V30 GPS是中海达开发的一种新型的GNSS RTK数据接收机，支持GPS，GLONASS和伽利略全球卫星导航系统的一个或多个导航定位。中海达V30 RTK定位精度达到：平面±(10+1×10-6D)mm，高程±(20+10-6D)mm,并提供3种RTK工作模式：手机卡模式(GSM)，内置电台(UHF),外挂数据链。

中海达V30 GPS的RTK GSM工作模式是中海达新开发的一个工作模式，相对于现在应用比较广泛的外挂电台模式，不需要电台和电频，以及发射天线，可以将基准站的信号发送给流动站。如图1、图2所示。

图1　GSM模式基准站

图2　外挂电台模式基准站

GSM工作模式可以和本次测量使用的CORS系统很好的结合，方便在二者间切换。使用GSM工作模式时，双按V30接收机上的F1，选择基准站，按电源键确定，再双按F2，数据链选择GSM，确定后GPS语音提示“GSM 基准站”，基准站设置完毕；同理设置移动站，使其语音提示“GSM 移动站”，移动站设置完毕。设置好GPS的工作模式后，在基准站和移动站的GPS接收机SIM卡槽分别插上一张手机卡，然后通过手簿分别连接基准站GPS、流动站GPS进行设置，如图3所示。

图3　RTK GSM基准站移动站设置

设置好后，即可用RTK GSM工作模式进行外业数据采集。

3CORS的使用及与RTK GSM模式切换

3.1中海达V30 CORS的使用

中海达V30 不仅支持RTK的3种工作模式，还支持CORS系统的使用。中海达V30使用CORS系统时，首先要对所用的GPS接收机进行模式设置：双按接收机上的F1键选择工作模式移动台，按电源键确定，然后双按F2键选择数据链为GSM，按电源键确定，此时GPS的语音提示为“GSM 移动台”。

设置完毕后，将一张手机卡插入GPS接收机的SIM卡槽中，然后用手簿连接GPS接收机，连接上GPS后设置流动站。新建一个项目后，输入转换坐标系和当地的中央子午线，然后设置数据链为内置网络 GPRS，再输入本次使用的成都CORS系统账号，端口选择2101，源节点选择RTCM3.0,输入接收机的用户名和密码并设置差分电文格式为RTCM3.0即可使用CORS系统进行测量。只需一台流动GPS接收机即可完成测量任务。

3.2CORS与RTK GSM模式的切换

本次调查测量大部分范围比较开阔，CORS系统信号较好，能得到固定解和浮动解，能完成测量任务。但是当遇到高楼林立，树木成林，以及CORS覆盖范围较弱的地方信号明显较弱，不如单站RTK在其有效覆盖范围内的信号强度，大大降低工作效率，甚至不能完成测量任务。此时需要架设一个基准站使用RTK GSM工作模式，由于RTK采用独立坐标系，需要求解与CORS系统坐标的转换参数，将独立坐标系转换到CORS系统的坐标系方可使用。

当使用CORS的流动站GPS需要切换到RTK GSM工作模式时，首先，使用CORS的流动站在信号比较好的地方采集3个点(k1,k2,k3)的坐标，并对3个点进行简单的点标记以方便RTK GSM求解转换参数。然后，在采集点附近的地势比较高的地方架设基准站(模式为GSM 基准站，流动站不变)，只需手簿设置基准站即可，设置后用RTK测得3个点中2个点的坐标，用这2个点对求解转换参数，具体流程如图4所示。

图4　求解转换参数流程

通过上述过程即可实现二者坐标系的转换，此时手簿界面会出现参数求解的结果，如图5所示。

此时2个坐标转换完毕，2个坐标系基本符合，误差在限差之内。然后用求解转换后参数的RTK来测量第3个点k3的坐标，通过k3点对转换参数结果进行检校。

4应用实例

4.1测区概况

本次测量受成都市龙泉驿区水务局的委托，对成都市龙泉驿区进行污水管线及河道的带状地形图的测量。龙泉驿区是四川省成都市所辖的九区之一，位于成都中心城区东部偏南、龙泉山脉中段。龙泉驿区辖4个街道、7个镇、1个乡：龙泉街道、大面街道、十陵街道、同安街道、洛带镇、西河镇、洪安镇、柏合镇、茶店镇、黄土镇、山泉镇、万兴乡。成都大部分工业均聚于此，故污染比较严重，调查中大部分污水河道、管线比较开阔，CORS使用较顺利。但是在同安镇由于调查区域不利于CORS系统的使用，故运用CORS与RTK GSM结合完成测量任务。

4.2CORS与RTK GSM结合测量

同安镇位于成都龙泉驿区东部，背靠龙泉山脉，镇区距离龙泉驿区7 km,离成都市区20 km,多所大学聚集于此。本次污水调查测量，同安镇的排污口达到15个，其中11个比较密集且均处于较高楼层之中，故调查测量难度较大，CORS信号较差不能满足测量精度要求。又由于此时的排污口较密集，单站RTK即可覆盖，故在11个排污口密集处较高的地方架设基准站并设置为“GSM 基准站”。先使用CORS的流动站测得3个点坐标，然后用RTK对其中2个点坐标进行测量，后利用2个点对求解转换参数，将RTK独立坐标系转换到CORS的坐标系统，再用第3个点对转换结果检校。此时即可以用RTK GSM代替CORS系统作业，且二者有着相同的基准。单站RTK在其覆盖范围内，能够很快定位得到固定解，顺利解决CORS系统信号较差迟迟不能得到固定解的问题，保证测量任务的顺利完成。

4.3测量结果

通过实践能够将RTK坐标系转换到CORS系统的坐标系，所测得点坐标在同一基准内，能够满足城市测量规范的要求，如图6所示。

将所测该区域点的坐标展到CASS7.1中，可以清楚看到用2种方式所测2个检校点坐标，并用检验点对坐标系统转换进行精度检验，RTK与CORS所测的检验点坐标只差在1 cm之内，测量结果符合测量规范要求。图7为2种方式共同完成的同安镇部分管线测量的成果图。

5结束语

随着建立CORS系统的地区越来越多，CORS系统的应用越来越广泛，CORS系统由于其不需架设基准站、覆盖范围广、定位精度较高、有统一的基准等优点，迅速地被应用于建立CORS系统的地区的城市建设、工程测量等。本次的测量，CORS系统的使用带来了很大的方便，但是由于在某些地区CORS系统因为信号问题不能完成测量任务。单站RTK虽然有频繁设站，覆盖范围小等缺点，但覆盖范围内信号强，定位速度快。故在CORS系统信号较差的地方使用RTK GSM模式，由于都需要插SIM卡作业，二者能快速切换，通过CORS系统测量的点求得转换参数后，RTK GSM能代替CORS系统进行作业。二者都是近些年使用很普遍的测量手段，将二者结合能够很好的将二者的优点互补，大大提高工作效率。通过本次实践，将CORS系统与RTK GSM模式结合测量，能收到很好的效果，希望二者结合使用能更多地应用于其他测量。

图7　管线测量部分成果图

参考文献：

[1]贾登科.基于CORS的GPS测量技术及其在大型工程中应用[J].水运工程，2011，3(3)：44-48.

[2]余小龙，胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报，2007(10)：39-44.

[3]谢世杰，奚有根.RTK的特点和误差分析[J].测绘工程，2002,6(2)：34-37.

[4]刘志强，刘全海.城市CORS参考站稳定性监测与区域地表变形分析[J].测绘工程，2013,22(4)：80-84.

[5]陈焕然.基于CORS站的GPS平面控制网起算点兼容性研究[J].测绘工程，2015,24(2)：24-26.

[6]秦长才,郭辉.基于CORS系统的网络RTK技术在土地勘测定界中的应用[J].测绘与空间地理信息，2015,38(3)：102-103.

[7]李志伟,辛占国,许进.基于CORS系统的网络RTK技术在控制测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2015,38(9)：135-136.

[8]毕京学,郭英,张鼎凯,等.基于CORS的高精度实时坐标转换方法探究[J].测绘科学，2015,40(1)：98-101.

[9]刘紫平.成都理工大学CORS系统的建设与精度测试[D].成都：成都理工大学，2011.

[10] 黄健，华磊.新疆油田CORS系统的建立与应用[J].测绘通报，2012(8)：31-42.

[11] 潘宝玉，李宏伟.RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键[J].测绘工程，2003，12(4)：46-49.

[12] 李书群，高飞.单基站CORS在电网GIS数据采集中的应用[J].测绘工程，2013,2(1)：59-62.

[责任编辑：张德福]

Application of RTK GSM model combined with CORS to the sewage pipeline measurement XIANG Yunfei，YU Daijun，HE Zujian

(Modern Engineering Measurement Technology and Application Research Institute，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)

Abstract：In view of the weakness of the traditional modeling method, like low efficiency of modeling, model rich texture is not true and so on, this paper expounds a new modeling technology which obtain the ground point and high precision three-dimensional coordinates of the ground point by the an airborne Lidar technology, with tilted photography measurement offer 3d modeling texture .Experiments show that the modeling method is not only high efficiency, real urban space layout, and high positioning accuracy, have measurable analysis function, etc., at the same time provide the DOM, DEM, the point cloud data, the tilted image data and so on.

Key words：CORS；RTK GSM；packed in；coordinate system；coverage

中图分类号：P228

文献标识码：A

文章编号：1006-7949(2016)06-0051-05

作者简介：向云飞(1990-)，男，硕士研究生.

收稿日期：2015-05-29；修回日期：2015-09-25