CORS原理及应用

摘 要：连续运行卫星定位综合服务系统（CORS）是“空间数据基础设施”最为重要的组成部分，它可以获取空间的位置、时间信息以及相关的动态变化。CORS实现了了多元化服务模式，广泛的应用于各行各业与空间定位有关的工作中。本文主要阐述了CORS的原理及其在各领域的应用，利用单站CORS系统对学校GPS控制点进行精度测试，总结CORS的优缺点，分析其发展趋势。

关键词: CORS；全球卫星定位系统（GPS）；RTK

Abstract：This paper studies static GPS-related content knowledge, first introduced the study of the status quo at home and abroad, but also the basic principles of GPS static GPS data processing and a detailed understanding of, and then works through two known points on the number of different static GPS data processing conducted a detailed comparison of the results and analyze the reasons.

With the GPS technology to the development of static, a different number of known points in the project application will be more and more, GPS technology will become more perfect static.

Keywords: CORS；Global Position System（GPS）；RTK

中图分类号：P228.1文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

0 前言

人类活动中有80%的内容与空间位置相关，空间数据基础设施是信息社会、知识经济时代重要的设施。连续运行卫星定位综合服务系统（Continuous Operational Reference System ,CORS）是空间数据基础设施重要的组成部分，也是现代GPS发展的必然趋势。

随着我国区域性城市CORS系统的良好发展，跨区域的大型CORS系统也在不断建设中逐步成型，一个CORS建设的热潮已经掀起！

1 研究综述

1.1 CORS简介

连续运行卫星定位综合服务系统CORS是通过在某个区域范围内，建立若干个永久性的连续运行卫星定位数据接收机（参考站），利用现代通信技术接收各个参考站卫星数据并进行处理，为用户提供各种高精度空间定位服务和多元化信息服务的系统。连续运行卫星定位综合服务系统的技术基础是全球卫星定位系统（GPS）和通信技术、是卫星定位技术发展的产物，是卫星定位技术应用的扩展和深化。

1.2 国外研究现状

目前，国内外CORS的研究主要集中在基础设施建设、系统自动化管理、数据采集域分发、基于网络的GNSS定位技术的开发等方面先后出现了大量的CORS工程项目。其中具有代表性的全球和国家的项目包括：IGS跟踪站网络、美国NGSCORS、欧洲EPN永久性连续网等【1】。

1.3 国内研究现状

为了满足国民经济的需要，我国也加快了连续运行卫星定位综合服务系统（CORS）建设的步伐。2003年，深圳市率先建成了CORS，全国各个地区也开始陆续建设了一批城市甚至省级的CORS，如图1-3中国地壳参考站服务分布图。已经建成体系并投入使用的有香港、深圳、北京、上海、武汉、昆明、柳州、成都、重庆等城市；已建成区域级的有北部湾（广西）经济区；省一级正在建设或已经建成的系统有广东省和江苏省【2】。国内不同行业也陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，其中著名的有中国地震局牵头建设的中国地壳运动监测网络，交通部建设的沿海差分站网系统，信息产业部门建立的电离层监测网络及连续运行参考框架网络，上海地区以监测气象参数为主的观测网络和深圳市城市连续运行参考站网等。

2CORS相关技术

2.1 差分GPS技术

差分GPS定位技术是将GPS接收机安置在参考站上进行观测，根据已知参考站的精密坐标计算出坐标、距离或相位的改正数，并由参考站通过数据链实时将改正数发送给用户接收机，从而改正其定位结果，提高定位精度【3】。根据服务范围不同，差分GPS根据构成系统的参考站个数不同，可分为单参考站差分GPS、具有多参考站的局域差分GPS和广域差分GPS。

2.2 CORS的网络差分技术

网络RTK技术是CORS系统的典型应用，为目前GNSS高精度动态定位技术的一个典型代表。网络RTK从最早的单站载波相位差分已发展到采用多站进行差分解算。网络RTK技术的基本原理是利用多个参考站构成一个参考站网，然后借助广域差分GPS和具有多个参考站的局域差分GPS中的原理和方法来消除或削弱各种系统误差的影响，从而获得高精度的定位结果，然后通过无线通信数据链路将差分改正数发送给用户【4】常见的几种网络RTK技术比较见表2-1。

表2-1 网络RTK技术比较表

Tab.2-1 Network RTK technology comparison table

内容 虚拟参考站 主辅站 区域改正数

结算精度 高 较高 高

结算稳定性 高 较高 非常高

兼容性 高 高 低

最少基站数 3 2 3

建设经费 高 高 一般

普及率 高 一般 低

2.2.2 网络RTD技术

网络伪距相位差分（RTD-Real Time DGPS）,即实时差分GPS，是CORS提供的除网络RTK外的另一项主要功能。网络RTD和网络RTK有较大区别，主要体现以下几个方面。

1）定位精度为亚米级精度；

2）流动站设备小，不需要双频GPS接收机天线，采用手持GPS既可以工作，但是网络RTK设备也有网络RTD功能；

3）定位速度快，基本不需要等待，可以进行连续动态测量。

由此可见，网络RTD与网络RTK作用和工作侧重点不同。一般情况下，RTD不用于精密测量工作。主要用于地理信息调查、数据更新工作；用于地理信息方位相关，但是精度要求不高的工作，如环境调查、海岸线与海洋测量、地址勘察等等。采用RTD工作手簿最大优点是可以实现内外业一体化。

3 CORS的原理及相关知识

3.1 CORS的定义

连续运行参考站系统CORS是在研究区域范围内，建立由若干个连续运行参考站、数据通信链路、数据中心和用户终端构成的局域网络，综合应用GNSS定位技术、计算机技术、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术进行实时差分改正信息解算，实时的向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动的提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位、伪距），各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目系统【2】。

3.2 CORS原理

CORS基本工作原理是利用GPS导航定位技术，在一个城市、一个地区或一个国家，根据需求按一定距离建设常年连续运行的一个或若干个固定GPS参考站，利用计算机、数据通信和互联网络（LAN/WAN）技术将各个参考站与数据中心组成网络，由数据中心从参考站采集数据，利用参考站网络软件进行处理，然后向各种用户自动的不同类型的GPS原始数据、各种类型的RTK改正数据等。用户只需要一台GPS接收机，进行野外作业时，即可进行mm级、cm级、dm级、m级的、实时的，快速定位、事后定位或导航定位【2】。

3.3 CORS的分类

3.3.1 单基站CORS

单基站CORS是只有一个连续运行站。类似于一加一或一加多的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基站代替，基站同时又是一个服务器，通过软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。移动站通过GPRS\CDMA网络通讯和基站服务器通讯【2】。

3.3.2 多基站CORS

多基站CORS：就是分布在一定区域内的多个单基站联合作业，基站与基站之间的距离不超过50公里，它们都将数据发送到一个服务器。流动站作业时，只要发送它的位置信息到服务器，系统自动计算流动站与各个基站之间的距离，将距离近的基站差分数据发送给流动站。这样就确保了流动站在多基站CORS覆盖区域移动作业时，系统总能够提供距离流动站最近的基站差分数据，以达到最佳的测量精度【2】。

3.3.3 网络CORS

网络CORS技术的产生使得我们完全可以在一个较大的范围内均匀稀松的布设参考站，利用参考站网络的实时观测数据对覆盖区域进行系统误差建模，然后对区域内流动用户站观测数据的系统误差进行估计，尽可能消除系统误差影响，获得厘米级实时定位结果，网络RTK技术的精度覆盖范围大大增大，且精度分布均匀。

3.4 CORS系统精度测试

2009年5月5月22日9时25分至当日下午16时15分，2009年6月4日上午10时06分至11时46分利用学校单站CORS系统，采用S86接收机对校园GPS控制点进行精度测试每个点反复测量4次。

测试过程中，我校单站CORS系统较为稳定，正常情况下，浮点解情况较少。取4组数据的平均值，统计结果与已知校园控制网点位坐标比较，计算各点中误差如表3-1所示，平面点位中误差MX为0.024m,MY为0.021m，则平面点中误差为0.022m，高程点位中误差位MH0.020m。由于观测环境及校园控制点部分有所移动等因素影响，所测结果平面误差大于灵锐S86技术指标1cm+1ppm,高程精度优于2mm+1ppm。统计观测条件相对较好的3个点，JL、H、V，3点求其水平中误差为0.010m，高程中误差为0.008m均在灵锐S86技术指标范围内（RTK平面精度：1cm+1ppm,RTK高程精度：2cm+1ppm）。

表3-1 精度统计表（单位m）

4 CORS在各领域中的应用与分析

4.1 CORS应用范围

1）基础测绘：大地测量、水准测量、航空摄影测量

2）工程建设

3）自然灾害和地壳运动监测

4）气象预报

5）地理信息数据采集

6）现代交通导航定位和监控

7）多元化服务

4.2 具体应用与分析

4.2.1北部湾经济区CORS系统应用

北部湾经济区CORS系统，是自治区测绘局为配合北部湾（广西）经济区开放开发而组织实施的自治区重大基础测绘服务项目。系统由13个GPS参考站构成，主要覆盖范围为南宁、北海、钦州、防城四个城市及其周边地区。其中，一期工程在南宁及周边建5个参考站，二期工程将在北海、钦州、防城港三市建8个参考站。系统内的13个GPS参考站24小时持续进行GPS观测和数据存储，通过通讯网络将卫星数据实时传输到数据中心进行实时数据处理，生成各种格式的GPS差分改正信息数据，再通过无线网络将GPS差分改正信息数据发播给授权用户进行各种形式的GPS定位。

系统建成后将广泛应用于地理信息数据采集、控制测量、区域国土资源动态监测、城市基础测绘、工程测量、城市规划、市政建设、交通管理、地震及地面沉降灾害监测和气象预报等领域。北部湾经济区CORS系统建成后，广西将成为拥有省一级连续运行卫星导航定位综合服务系统的少数省（区）之一【5】。

4.2.2数字泰山风景区CORS系统的应用

作为数字泰山风景区的重要组成部分―泰山风景区CORS系统，是由4个GPS基准站组成，系统主要通过因特网和无线通信网络向系统覆盖的服务区内用户提供基准站坐标和基准站GPS观测数据，用户通过因特网下载CORS若干基准站数据进行事后精密定位，也可以接收数据播发站对载波相位观测数据进行实时精密定位。利用GPS全球卫星定位系统，通过信号的联网处理，可为泰山风景区空间地理信息建设提供不同精度的三维定位和时间信息，以服务于泰山景区森林病虫害监测、森林防火监测指挥、移动GPS巡检、车辆及客流智能监控和综合调度、景点GPS语音智能讲解等系统，实现风景区管理从粗放转向精准、从静态转向动态、从分散转向综合转化。以多种卫星定位技术为基础，发展GPS连续运行跟踪站，建立网络化空间定位动态服务体系，促进泰山双遗产保护水平的提高，以信息化手段发掘泰山文化和自然风光的丰富内涵，促进泰山旅游业的发展【6】。

4.3 CORS系统应用特点

通过对实际应用分析，总结出CORS应用具有以下明显特点和优势:

1）覆盖范围广。

2）可用性高。系统可以做到365天24h不间断提供服务。

3）应用便利。用户只需要准备终端,不需要考虑差分以及差分站的质量,而且主要通信手段连接安装简便。

4）数据质量有保证。系统有数据监控报警机制,提示用户合理选择有效作业时段。

5）节省资源。

6）作业精度有保证。使用固定基站,可以避免临时基站选站不当而引起的起算偏差。

7）分工明确。用户可以把精力更多地投入到专业应用中,而空间信息可以由专业的技术队伍来管理。

8）节省频率资源。

9）一网多用。市政建设、交通管理、气象预报、地震及地面沉降、农业和林业资源环境管理等，服务于“电子政务”，并对决策提供支持。

5 结论与展望

本文首先了解并探究了连续运行参考站综合服务系统（CORS）在国内外的发展现状，后又对CORS相关技术及原理加以介绍，并对我校单站CORS系统进行精度测试，积累实践经验，后例举了CORS系统在各领域的应用及分析，最后对CORS进行总结。

1）CORS的优点：网络化；精度高；快速定位服务；可靠性高；自动化和智能化；基准统一；多元化服务。

2）CORS存在的问题：应用范围窄，应用形式单一；没有正规经营模式，商业化差；硬件兼容性差，市场普及度低。

3）发展趋势

随着我国区域性城市CORS系统的良好发展，跨区域的大型CORS系统也在不断建设中逐步成型，例如目前正在建设中的中国地壳运动监测网络，除了完成地震预测预报外，还要进行大地的网络化测量工作，这种大型CORS系统的控制区域不但包括城市，还包括了广大山区、高原地带，而要在这样广阔的区域内实现CORS的应用，一套成本低、信号覆盖范围广的通讯系统不可缺少。可见，一个CORS建设的热潮已经掀起！

参考文献：

[1] 王军见 .GPS连续运行参考站网浅探[J] .科学技术与工程，2007，7（11）.

[2] 黄俊华，陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].第1版.北京：科学出版社，2009.

[3] 吴俐民等.昆明市连续运行GPS参考站系统的建设及应用[J].城市勘测.2005(5):8一10.

[4] 宋克忠,周森,张学力.网络 RTK技术的工作原理[J].海河水利,2007(2):61一62.

[5] 刘宇明.北部湾（广西）经济区CORS系统应用分析[J].广西电业，2008.

[6] 高伟，李本玉.数字泰山风景区CORS系统的建设与应用[J].矿山测量.2008，3(33):44一47.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。