徕卡GR30单基站CORS网建立及应用

赖华平 , 王训军

（江西铜业集团有限公司 永平铜矿，江西 铅山 334506）

1 引言

随着科学技术的飞速发展，在测绘行业掀起了革命性的进步，由传统机械式的“三大”测绘仪器，逐步发展到如今的半站仪、全站仪、GPS、网络RTK、单基站CORS 系统，把测绘工人从繁重的体力劳动解放出来，尤其是象江铜集团永平铜矿这样小范围（矿区17km2）的测绘工作，控制点破坏严重，经常要建立新的控制点，费时费力消耗成本，建立无人值守的连续运行的布局灵活、结构简单、投资较少、易于维护和管理的对CORS 网具有有益补充的单基站CORS 系统（控制半径可达50km，平面及高程精度可达厘米级），无需再找控制点，随时随测，大大提高了测量员工的效率，这种创新的工作思维，改进了传统测绘模式，逐步实现了无人化、自动化、智能化，对减轻工人工作强度、提高工作效率、降低生产成本、避免错误率都将起到巨大的推动作用，必将产生显著的经济和社会效益，具有重大的现实和指导意义。

2 单基站CORS 网的原理及构成

单基站CORS 系统就是只有一个连续运行的基准站，基站同时又是一个服务器，站点主要是跟踪、采集、记录卫星定位数据，将定位数据快速准确地传输到服务中心的服务器上，经过服务器解算的数据通过网络RTK 接收机实时、快速接收并导航出具体的定位位置；同时还可通过一系列的软硬件实时查看卫星状态、存储静态数据、实时向Internet发送差分信息以及监控移动站作业情况。RTK 移动站通过GPRS、CDMA 网络通讯方式与基站服务器进行通讯。

单基站CORS 系统由GPS 参考站（基站）、数据服务器、互联网络和RTK 流动站组成。基站包括GPS 接收机、电脑、避雷针、电源、天线，数据服务器既是数据中心又是控制中心。江铜集团永平铜矿单基站CORS 系统采用独立的数据服务器，基站与服务器直接相连，RTK 移动站网络通讯采用GPRS、CDMA 及EDGE 数据终端模块［1-2］。

3 单基站CORS 网的建立

3.1 单基站点的布设原则及制作

（1）单基站一般选在便于安放接收天线且视野开阔、坚固可靠的楼顶某处，以钢筋混凝土或砖砌加钢筋制作墩标，通常为楼顶的最高点，以方便站点管理、维护和通信畅通，四周尽量避免有障碍物，以免GPS 信号被吸收或遮挡；

（2）单基站附近应尽量避免大面积水域和强电磁场，以减弱多路径效应的影响；

（3）在没有较理想的建站区域，也应与微波站、无线电发射塔等电磁干扰区及雷击区，保持不小于200m 的距离；与高压输电线，保持不小于50m 的安全距离，以避免电磁场对GPS 信号的干扰；

（4）为确保通讯网络的通畅，必须具有可靠的供电、通讯系统；

（5）天线安置尽量避开铁路、公路等易产生振动的地方；

（6）为避免干扰，应提供一个专门安置和保护GPS 参考站设备的办公室；

（7）参考站设计为无人值守，有人照看、自动连续运行，设备尽可能少，连接可靠，年运行可靠率95%以上，能保证设备安全，防止有人故意破坏；

（8）交通要便利，到达站址要方便，以便于管理和维护［3-6］。

根据以上原则及并结合本矿的实际情况，永平铜矿把站点架设在矿部办公大楼楼顶的一个已制作和观测的静态GPS 控制点上（见图1），接收主机（见图2）及数据服务器（见图3）放置在专用办公室内。

图1 基站点

图2 接收主机

图3 数据服务器

3.2 基站点的观测

由于永平铜矿单基站点架设在现有的观测成果点上，原矿区控制网平面位置按D 级GPS 精度、高程按四等水准精度要求施测，坐标系统为1954北京坐标系、1956 黄海高程系，平面控制以静态GPS 测量，在充分考虑矿山后续发展等因素的情况下，布设了12 个E 级GPS 控制点，平面GPS控制网外业施测采用4 台合众思壮系列接收机，编号分别为：E640140100022、E640140100070、E640140100088、E640140100024，静态测量平面标称精度：±5mm+1ppm，高程标称精度：±10mm+1ppm，由GPS 接收机同步观测两个时段，联测两个C 级点（庙背山、侯家），通过基线解算、环闭合差及网平差后计算出最弱点点位中误差0.0106m，最大高程中误差0.0300m，最弱边边长中误差1∶724076，鉴于原有的GPS 观测成果能满足矿区测量之要求，故直接取用办公楼GPS 静态点作为基站点起算数据。

3.3 单基站网络RTK 的建立

根据永平铜矿初始建立的静态GPS 测量成果，通过对北风井（GE07）、办公楼（BGL）、侯家（HJ）及庙背山（MBS）的静态联测（见图4），解算出测区内七参数DX（平移，m）、Dy（平移，m）、Dz（平移，m）、Rx（旋转，s）、Ry（旋转，s）、Rz（旋转，s）、SF 尺度（ppm）。

图4 静态GPS 联测

单基站RTK 的校正：把办公楼（GE02）起算数据、测区七参数、 中央子午线、坐标系统、椭球长半经、椭球扁率等基础数据输入GPS电子手薄中。

4 单基站CORS 网的试运行

永平铜矿自2018 年7 月开始建设GR30 高级型单基站，从制作观测墩、安装GPS 接收天线、馈线避雷器、电源适配器的连接、基站与服务器数据电缆连接、RTK 移动站网络通讯GPRS、CDMA及EDGE 数据终端模块连接、基站数据处理软件徕卡Spider 参考站软件包的安装等建站工作，至2019 年2 月已基本完成。为了验证、评价系统运行状态、定位精度和移动站等指标、性能，在单基站CORS 网建成后进行了试运行。

（1）在单基站CORS 网上利用RTK 测绘矿区“三供一业社区改造”区域1∶500 原始地形图16幅；1∶1000 比例的公用设施改造竣工后地形图11幅；测绘各种管、线路总长6.576 公里，放样建、构筑物点位，测量地面高程，共完成长2919m，面积26276m2的主路面测量，小区维修改造区域面积108965 平方米测绘，点位精度平均可达3cm，与测量规范要求对比，完全满足矿区测量工作之需要。

（2）运用基站网络系统，共测绘治理区域原始地形图2 幅，竣工平面图1 幅，放样治理区域9 个台阶430 个设计境界点，放样滑坡区的排水系统（9个台阶面的横向排水沟、2 条纵向边沟）59 个水沟节点，现场标定公路及老水沟修复26 个中桩控制点；滑坡区的纵横向排水系统以及土岩界面处的排水孔施工放样；坡面植草、种灌木林固土的生态护坡工程范围圈定，经现场测量比较，全站仪与基站网络系统测量之差约4cm 左右，能满足测量精度要求。

（3）通过基站网络RTK，测绘矿环保重点工程“永平铜矿环保综合治理工程排土场截排水设施（西排土场排水沟）”工作，测绘原始地形图1 幅，带状竣工平面图3 幅，测绘水沟纵剖面线长5.72km，放样水沟中线桩386 个；测绘露天采剥工程平面图，与全站仪测图精度及放样精度要求相对比，精度略高。

经上述实践对比，使用单基站与传统全站仪测量，该单基站系统运行状态良好，精度满足矿山测量要求，并且作业距离、采点精度、采集数据的速度、设备稳定状态均表现良好，没有发生故障，偶尔的网络掉线只须移动站自动登录后即可继续工作。由于单基站CORS 网络RTK 是由CDMA/GPRS等电信网络信号取代伟统的数据电台模式，差分数据传输不再受到限制，只要有手机信号的区域即可进行RTK 作业，精度可达到厘米级，并且数据可靠、稳定、安全，工作效率也比传统测量仪器提高一倍以上，是矿区小范围内测量方式的首选，是完全可以满足矿区17km2范围的各种测量需求。

5 结论

5.1 投资少见效快

随着单基站技术的日益成熟，其布局灵活、结构简单、投资较少、易于维护和管理的巨大优势逐渐显示出来，对于一个相对较小的中小区域城市只要用较少的投资即可建立一个或多个CORS 基站，便可满足当地测量用户不同层次空间信息技术服务的需要，基站中心30km 范围内实现快速厘米级实时定位及事后差分。

5.2 方便升级和扩展

单基站系统可以随时增加新的基站，成为多基站，为加大RTK 作业的范围，单基站CORS 和多基站CORS 系统只要升级系统软件，投资小部分的软件升级费用，即可轻松地升级成网络CORS 系统。

5.3 数据可靠、稳定、安全

无人值守，有人照看、自动连续运行的单基站，静态数据全天候采集，点位精度高，数据稳定，安全性高。在开机几秒钟之内即能捕获到所有可见的卫星，噪声低，具有优异的低仰角信号跟，捕获信号时间短，抗干扰能力强。

5.4 RTK 测量作业范围广

单基站的RTK 作业半径可以达到40km，能够实现快速厘米级实时定位及事后差分，利用GPRS/CDMA 进行50km 左右RTK 测试成功案例也已经屡见不鲜。

5.5 施工周期短

单基站技术经过实践表明它是一种比较成熟的技术，从方案落实开始采购设备，安装调试，到验收运行整个周期1 个月以内。