基于CORS站解算布设铁路工程CPI控制网应用分析

郑超

摘要 卫星导航定位技术的发展与应用改变了传统的测量技术手段，基于CORS站的控制测量方案与铁路工程测量“三网合一”理念相适应，具有高精度、低成本、操作简单的优势。文章通过具体项目应用，采用两级平差的解算思路，分析了基于CORS站布设CPI控制网方案的优势，旨在为铁路工程CPI控制网布设解算工作提供借鉴。

关键词 CORS；控制测量；两级平差；CPI

中图分类号 P228.4文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0016-03

0 引言

20世纪90年代，美国建成了GPS卫星导航定位系统，并免费向所有用户开放，人类第一次实现了获取自己空间位置信息的能力。但是由于美国政府的政策控制和自然环境因素的影响，一般情况下，只采用GPS进行定位，精度很低。为了突破美国的政策障碍，实现快速高精度定位，出现了卫星定位的地面固定基准站，这是CORS产生的原因，也是CORS发展的最初目的。

CORS（Continuous Operational Reference System）简称连续运行参考站系统。主要由数据处理中心、GNSS基准站和用户端三部分构成。系统基于各种先进的网络技术和通信技术，将各GNSS基准站以及数据处理中心进行连接，数据处理中心通过对各个基准站上的观测数据进行计算处理和播发，用户通过GNSS接收机获得差分信息，从而实现精准定位[1]。

黑龙江省卫星定位连续运行基准站网（HLJCORS）于2016年6月正式上线试运行，是在国家现代测绘基准体系建设框架上按照统一规划和标准建设。系统依托覆盖全省范围的122个基准站，实现卫星信号的捕获、跟踪、采集与传输，通过无线数据通信网络实时自动发布卫星定位观测数据，全天候为用户提供精确的大地坐标，可以实现基于HLJCORS观测的毫米级的事后数据解算服务[2]。

1 测区概况及控制网的布设

大庆高新技术产业开发区铁路专用线新建工程项目，位于安达市和大庆市之间，地处黑龙江省西南部松嫩平原腹地。地貌类型属松花江、嫩江冲积一级阶地。沿线地势平坦开阔，由东北向西南逐渐低下，地面坡度1/600～1/300。项目在滨洲铁路安达站接轨，经由安达市区向西，下穿改建的滨洲双线特大桥和哈齐客专，跨越哈大高速和G10国道后进入产业园区，线路全长25.87 km。

2014年项目启动设计工作，CPI控制网布设遵照《铁路工程测量规范》（TB 10101—2009）中三等精度指标掌握，设计沿线布设16个平面控制点，采用西安80平面坐标系统，同比满足《全球定位系统GPS测量规范》（GB/T 18314—2009）中GPS控制测量D级精度。

2019年项目进入施工阶段，进行控制点复测后明确有5个点位丢失，随即展开了控制点补设工作。在补设点位选取过程中，充分考虑了带状控制网的短基线和中长基线混合的实际情况，本着进一步优化网形的第一原则，尽力降低基线边长比提高平差精度的目的，最终补设5个永久新点位和2个临时点位。补设控制点后CPI网形如图1所示。

2 平面控制网施测

该次外业观测使用6台徕卡GS15双频接收机同步观测记录，合计观测5个同步时段，同步观测有效时长总和超过450 min。对比传统静态观测方式，至少减少了1个同步观测时段和3个已知点位观测操作，外业综合投入减少约20%[3]。该次外业18个点位观测指标按照表1执行（见表1）。

3 数据解算及精度

数据处理前，采用TEQC软件对静态观测数据（RINEX文件）进行质量分析，检查数据可利用率及多路径效应（MP1/MP2）的影响程度，数据可利用率均大于85%，多路径影响均小于0.5 m，满足解算精度要求。同时，收集到观测区域周边的HLJCORS连续运行基准站5座，分别是大庆站（DQLF）、大同站（DQDT）、林甸站（DQLD）、安民站（SHAM）和青冈站（SHQG），所有基准站的西安80坐标均已知，其中大庆站和安民站拟用于检核坐标解算精度。

进行数据融合计算时，选用的5座基准站与布设的16处控制点之间有十几千米甚至几十千米的距离，如果直接将CORS站点与所有点位进行统一平差，受基线边长比的影响，势必会降低约束平差后成果精度和可靠度。为此，经过研究分析，决定先选取5个合理点位进行框架平面控制网CP0解算，网形结构如图2所示。

基线解算完成后，將基线解算成果导入CosaGPS软件中，进行同步环闭合差和异步环闭合差检核。经检核，同步环闭合差和异步环闭合差均合格，未超限。利用大同站、林甸站和青冈站的已知西安80坐标作为起算数据，进行三维无约束平差和三维约束平差，求出CP0各控制点的空间直角坐标、大地坐标及高斯投影后的平面坐标。求出各5个点位在西安80坐标系下的坐标中误差如表2所示。

此时最弱边为GPS2—X1，其相对精度为1/2 766 000，满足规范中限差1/100 000要求[4]。比较大庆站和安民站两点的平差值与真实值差值水平分量均小于8 mm，解算的5个点位的西安80坐标精度可达D级精度要求。

而后，将CP0解算结果引入CPI网推导的基线中进行约束平差计算。保留X2和GPS2坐标用于检核结果精度。平差后最弱边NQ1—NQ2，相对精度为1/267 234，同样满足规范中限差1/100 000要求。比较X2和GPS2两点的平差值与真实值差值水平分量均小于18 mm，解算的15个点位的西安80坐标精度可达D级精度要求。

为了直观展示两次计算结果的差异，对11个原始点位的前后两次计算坐标值进行对比，如表3所示。

从表3可以看出，所有点位较差平面最大分量不超过20 mm，精度良好。较差值ΔX分布呈离散状态，而ΔY反映出CPI分级解算值较比CPI初始值呈整体向西偏移状态，分析产生这一现象原因，是先后两套起算点系统差导致，并不会影响整体控制精度[5]。

时隔四年之久的两次平差成果的高度一致性使得基于CORS站的静态解算方式可靠性得到有力验证。

4 项目实践经验

基于HLJCORS基准站网两级平差解算方案，高效完成了铁路工程CPI控制网的GNSS静态解算工作，项目实践经验总结如下：

（1）基于CORS站解算布设铁路工程CPI控制网方案切实可行。虽然采用分级平差解算过程比一步平差要烦琐，消耗更多内业时间，但是其优势在于可以省去起算地点找寻、复测工作，显著减少外业设备、时间投入，又便于结合测区周边CORS基准站分布位置，优化网形设计，有利于提高整体解算精度，真正实现降本增效的目的，为工期保障提供稳固的基础。

（2）基于CORS站的GNSS解算方案，理论上可以实现单基站高精度解算，这一优势是传统测绘手段所不能比拟的。这种作业手段，彻底推翻传统GNSS观测方式中“同步观测”的硬性要求，摆脱传统GNSS测量方式外业中“快等慢，长等短”的尴尬局面。得益于CORS网基准站点已知的丰富投影转换参数，可以通过同一组观测数据，计算出不同投影面下的高精度平面坐标结果，对于处理一些采用北京54坐标系、西安80坐标系的遗留项目平面控制问题提供了便捷方案。

（3）CORS站可以为区域测绘工作提供一个统一的测绘基准，可以实现省内乃至国内项目控制系统高度统一。这意味着，当不同工程项目需要协同作业或交叉作业时，基于一个相同的标准，项目之间的数据可以更好地进行融合和集成，避免了坐标转换造成的直接精度损失，极大减少内、外业工作投入，为工程项目的顺利实施提供有力保障。

（4）由于受到保密条款等多重实际因素的限制，该次研究未能执行基于HLJCORS的CPI网一次性解算操作。两套起算点也是同名点结果对比中的变量，虽然这种系统差不会对整个控制网的精度和可靠性产生影响，但会对两次结果的一致性造成一定破坏。因此，该次对比同名点较差值分量不大于20 mm，这一结果可能存在一定的偶然性[6]。

5 结束语

随着科技的发展，CORS系统有望逐步取代常规测量控制网地位，切实实现“少造标”到“零造标”的转变。除此以外，CORS系统有望实现与数字广播技术结合，实现通信链路的丰富与补充，会在智能交通、消防救援、抢险救灾等多领域得到更多应用，随着更广泛的行业和群体享受到CORS系统带来的便利，数据安全问题也应当得到更强烈的重视。

参考文献

[1]张鹏飞， 李旺民， 李秀龙. CORS在区域GNSS控制测量中的应用分析[J]. 測绘与空间地理信息， 2023（5）： 90-92.

[2]林飞. 基于CORS的城市轨道交通GPS网的布设及精度分析[J]. 城市勘测， 2017（3）： 83-85+89.

[3]全球定位系统（GPS）测量规范： GB/T 18314—2009

[S]. 北京：中国标准出版社， 2009.

[4]铁路工程测量规范： TB 10101—2018[S]．北京：中国铁道出版社， 2019.

[5]缑晓阳. 基于CORS的静态长基线观测的精度分析与应用[J]. 矿山测量， 2017（3）： 72-76.

[6]严冬， 李剑锋， 梅熙， 等. 铁路工程长距离带状GNSS控制网高精度解算[J/OL]. 铁道标准设计， 1-8[2024-03-05].