CORS技术应用于道路勘测研究

曾聪 杨淑芬

摘  要：勘测工作贯穿于整个公路建设。然而，应用目前的GPS技术，定位精度将随着探测站与基站之间距离的增加而降低。本文对CORS技术进行了研究和应用，本文介绍了CORS系统的工作原理和组成，分析了CORS在道路控制测量、道路中心线布设和垂直横截面测量中的具体应用方法。实践表明，CORS系统的建立实现了高精度的动态、实时、无水准测量，用户只需一台GNSS接收机即可进行mm、cm、dm、m水准，准实时，快速定位，实时或定位后，全天候支持各类测量、定位、变形监测和下线工作。

关键词：道路  勘测  CORS  横断面测量

中图分类号：P228.4                            文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）09（c）-0055-03

Abstract： Survey work runs through the whole highway construction. However， with the application of current GPS technology， the positioning accuracy will decrease with the increase of the distance between the detection station and the base station. This paper studies and applies the CORS technology， introduces the working principle and composition of the CORS system， and analyzes the specific application methods of CORS in road control survey， road centerline layout and vertical cross section survey. The practice shows that the CORS system can achieve high-precision dynamic， real-time and no leveling measurement. Users only need a GNSS receiver to carry out mm， cm， dm， m leveling， quasi real-time fast positioning real-time or positioning， and support all kinds of measurement， positioning， deformation monitoring and offline work all day.

Key Words： Road; Survey; CORS; Cross section survey

隨着我国城市化进程的加快，道路建设将有更快更大的发展。作为道路建设的前奏，从选线设计到施工放样，测量工作贯穿于道路工程的始终。GPS技术已基本取代了全站仪、测距仪、经纬仪、水准仪等常规测量方法，成为主要测量手段[1]。RTK技术在线路测量领域得到了广泛的应用，但传统的RTK技术需要建立基站，随着探测车与基站距离的增大，测量精度逐渐降低，有效距离一般不超过15km，因此，寻找一种提高有效距离的测量方法十分必要[2]。近年来，随着连续参考系统（CORS）的快速发展，这一目标得以实现。本文介绍CORS在道路测量中的应用。

1  CORS工作原理和组成

CORS的工作原理是利用GNSS导航定位技术，根据一定距离范围内对一定距离的要求，建立固定GNSS参考站的长期连续运行，利用计算机，数据通信和因特网技术通过各种参考站和数据中心组成网络[3]。数据中心通过网络从参考站采集数据，用参考站网络软件进行处理，所有用户都可以自动发布不同类型的GNSS原始数据和修正数据。只需一个用于野外作业的GNSS接收机，用户可以得到mm、cm、dm、m，准实时，实时，快速定位，定位后或导航定位[4]。

CORS系统由参考站系统，数据处理中心，数据通信系统和用户应用程序系统组成。用户应用系统通过数据通信系统连接以形成局域网[5]。

（1）参考站系统：参考站系统由多个参考站组成。参考站包括GNSS接收器、天线、电源（UPS）、网络设备、机柜和防雷系统。

（2）数据处理中心系统：数据处理中心的子系统是CORS-brain，它保证了系统的稳定和安全运行，并不断提供定位服务。它分为两部分：用户管理中心和系统数据中心。它由服务器、工作站、网络传输设备、电源设备（包括UPS）、数据记录设备、系统和安全设备。

（3）数据通信系统：数据通信系统包括每个参考站与数据中心之间以及数据中心与漫游用户之间的通信。

（4）用户应用系统：用户应用程序系统是系统的最终用户。它由GNSS接收天线、数据接收器和通信模块组成[6]。

2  CORS技术在道路测量中的应用

CORS技术在道路测量中的应用方向如图1所示。

2.1 路网设计

道路控制测量的最终目的是为道路测量的设计和施工提供必要的方向和高度控制。控制点应沿道路两侧的网络布置，通常呈线性分布。根据测量规范的要求，并考虑到特殊性和工作的实际需要，如果线路太长，则控制网络可以具有一个或两个级别。GPS道路网点的选择必须首先满足道路设计和放样施工的需要，同时充分利用高精度，灵活的设计和不受限制的网络点GPS控制。另外，为了使调整结果与原始网络相匹配并便于结果的应用，从而不损失GPS网络的精度，应对先前的网络进行验证。

2.2 坐标转换

1954年坐标系、1980年国家大地坐标系和2000年地心坐标系同时并存。它们是平面与高程基准的分离系统：平面采用国家坐标系或城市独立坐标系，高程为正常的高程坐标系。GNSS接收机获取的三维坐标信息在地球坐标系中遵循WGS-84等协议，因此必须涉及基于CORS的平面坐标与高程系统之间的转换。通常有两大类不同坐标系之间的坐标转换模式，一类是二维转换模式（四参数转换），一类是三维转换模式（Bursa七参数坐标转换模型）。二维转换模式适用于小范围的坐标转换，三维转换模式适用于大范围的坐标转换。在平面坐标转换中，一般可以使用四个参数或七个参数。高程拟合方法通常可以得到小范围的低精度高程转换，但要确定大范围或高精度的高程转换，必须对相似的大地水准面进行细化处理。

（1）二维高斯平面坐标转换模型为

（2） Bursa七参数坐标转换模型。

其中，为平移参数;为旋转参数;k为比例因子。从理论模型和实际使用的四参数和七参数可以看出，四参数测量精度随GNSS卫星姿态调整有相应的变化，但有时不能满足测量精度和稳定性的要求。但是，通过解决长时间连续单点定位问题，获得了7个参数，测量精度稳定，精度高，完全满足了一般工程测量和地形测量的需要，达到厘米级精度。

2.3 绘制大比例尺带状地形图

道路选线一般采用大比例尺（1：1000或1：2000）带状地形图。传统的方法是先进行控制测量，再进行详细测量，绘制大比例尺地形图。传统的详查是根据测区现有的s控制点，采用全站仪进行的。在测量过程中，如果不转移仪器，要求看到控制点和细节点。在地形条件复杂、建筑物密集的勘察区，车站移动频繁会导致效率低下。

常规RTK测量的基准站需要高精度地放置在已知的坐标点上，在没有控制点的情况下使用非常不方便。此外，传统的RTK测量利用一个临时的单参考站将差分信息发送给漫游者，因此在参考站出现故障的情况下，漫游者的点精度无法得到保证。此外，使用传统的RTK测量方法，随着与参考站的距离的增加，探测站点的精度显著降低。这种运行方式的服务范围一般只有10kg左右。CORS技术突破了传统RTK探测车与参考站距离较近的局限性，在保证精度的前提下，将工作距离从20kg提高到70kg。利用CORS技术绘图，真正改变了传统的“先控后破”的绘图模式，即依靠多个永久性参考站同时向漫游者发送差分信息，大大提高了一些旧路改造工程中漫游者站点的点精度，在精度允许的情况下，可以将GNSS天线和无线电天线固定在一辆汽车上，汽車只能沿着原路连续行走完成测量工作。从而大大提高了测量速度，减轻了外部测量的劳动强度。

2.4 道路放样测量

传统的放样方法是根据道路的设计参数计算中桩数量和设计坐标。然后全站仪或经纬仪放在控制点上，用极坐标进行放样。在地形条件复杂、桩位误差不均匀的地区，不能满足控制点和桩位必须通过的要求。使用CORS监视，只需在手册中输入GNSS桩点中心线的坐标，然后移动接收天线，系统很快就会设置监视点。采用这种方法，每个测点的测量都是独立完成的，不产生累积误差，因此测点精度相同。因此CORS技术放样真正实现了单桩独立作业，大大提高了路桩测量的效率。

2.5 道路横断面测量

完成道路中心线测量后，再进行道路纵向和横断面测量。纵断面测量是确定桩基础高程并绘制道路纵断面图进行路线纵坡设计的一种方法。横断面测量是确定桩在中线地形状态下的垂直度，并绘制横断面图，用于路堤土石方计算和施工边桩的设计。采用传统的道路纵断面测量方法，在与国家高等级水准点相关的道路沿线布设临时水准点，计算其高程，然后以临时水准点为起点，通过标准测量方法计算各桩的高度。这种工作模式需要更多的测量站，特别是在工作量相当大的地形中。全站仪虽然具有三维坐标测量功能，但为了避免重复测量，在高程桩中测量桩的布置，减少了部分工作人员的工作量，该方法要求全站仪测量点和全站仪测量点具有通视性，在复杂地形地区也存在重复移动的问题。CORS技术可以改变传统的测量方式。确定道路中心线后，根据采集的s桩点坐标，利用绘图软件绘制道路横断面图。大大减少了测量时间和人员工作量。与传统方法相比，该方法在精度、经济性、实用性和效率等方面具有明显的优势。

3  结语

CORS系统的建立实现了高精度的动态、实时、无水准测量，用户只需一台GNSS接收机即可进行mm、cm、dm、m水准，准实时，快速定位，实时或定位后，全天候支持各类测量、定位、变形监测和下线工作。随着卫星导航定位（GPS、GLONASS和GALILEO）、数字通信、有线和无线网络技术的发展，CORS将在测绘、交通导航、气象预报、辅助规划建设、地震监测等领域发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 徐军.浅谈GPS技术在道路桥梁工程测量中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2020（5）：85-86.

[2] 伍廷良.CORS及PDA技术在重庆涪陵滨江大道管线测量中的应用研究[D].北京：中国地质大学，2019.

[3] 龚志刚.道路工程中GPS与全站仪测量放样的对比分析[J].交通世界，2019（10）：76-77.

[4] 何亮.CORS支持下的多波束测深系统在库区淤积测量中的应用[D].武汉：长江科学院，2018.

[5] 刘利民.手机GPS在道路勘察设计中的应用研究[J]. 测绘通报，2016（3）：80-82.

[6] 黄若洪.基于CORS系统的网络RTK技术在城市地下管线测量中的应用[J]. 智能城市，2019（8）：83-84.