单基站CORS系统在城市建设中构建的探讨

摘要:通过福建省泉州市单基准站CORS系统建立的原理、组成及特点，证明在以单参考站作业模式下，RTK作业具有快速灵活的优势。

关键词:构建；QZCORS

CORS（Continous perational Reference Stations），是一个独立连续运行的单基准站GPS参考站。利用现代计算机、数据通信、互联网(LAN／WAN)和GPRS技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值，从而提高RTK作业精度和作业半径，提高城市系统内测量作业的效率[1]。

1、系统运作模式

QZCORS该系统主要采用实时动态相位差分技术，通过观测墩上GPS天线接受数据，传送给室内主机，并由市电和UPS电源进行24小时供电保证。基准站通过ADSL将差分数据上传至公网，流动站通过手机上网接收差分改正数据，然后利用手簿中数据处理软件进行差分结算，获取流动站和基站间的基线数据，从而得到WGS-84坐标，再通过坐标参数转换确定流动站实时准确的位置坐标。

本系统各项精度指标如下：

表1 QZCORS系统精度指标表

2、系统组成部分

连续运行参考站系统是建立在GPS硬件等技术平台上，根据系统功能的要求，分为以下两个单元：GPS基站和用户系统，如下图所示：

2.1基准站

1)基准站选址

通过对观测数据的处理分析，GPS数据的电离层延迟、多路径效应、接收机周跳、卫星信号信噪比等指标都满足精度要求[2]。

2) 南方GPS扼流圈接收天线

基准站的采用南方GPS扼流圈测量型的双频天线，它采用铝质等圆4圈凹槽扼流圈和一个对称多点极化的天线加上一个36dB低噪声带通滤波放大器，可以在直流电压3～12V中工作。

3）观测墩

用于支撑GPS观测天线，本系统采用屋顶站设计结构。观测墩柱体内预埋PVC管道，用于敷设天线电缆。仪器墩外部进行保温和防风处理，顶部安装强制对中装置，并用透波材料的天线罩覆盖，以避免自然环境如强风、暴雨、日照、盐蚀等对天线的损坏。

4）防雷设备

避雷针采用提前放电式避雷针，避雷针的引线采用双接点与建筑物的主筋焊接，焊接点做防锈措施。

5）仪器室

用于安置基准站设备。距离观测墩距离在天线电缆的许可长度内，可提供电力供应和网络接入，并安装防盗和通风散热设施。

6）连续运行参考站主机SOUTH-BASE

SOUTH-BASE参考站主机是一款基于工控机硬件平台带有多种通讯接口的高性能参考站，内部安装Windows XP操作系统，使用操作简单方便；内置2G CF卡用于存储操作系统、应用软件和GPS接收数据；操作者可通过串口、USB设备、网络工具及鼠标键盘对基准站进行管理和设置。

7) 基准站控制软件-BASE TRANS 软件

通过数据线把主机与网络相连，接收控制电路发送过来的GPS数据，并将数据进行分类、分组。同时把基站接收到的GPS数据通过移动网络传送给用户部分的GPS接收机，把用户部分的GPS传送回来的定位数据，进行分组归类，经过处理后发给后台的监控系统和数据库，以便后期的管理和控制。

8）电源系统

利用电池柜提供稳定在UPS电源，同时接市电，保证24小时不间断供电。

2.2用户系统

用户采用南方双频接收机进行作业。

静态测量时，根据工程需要设置采样间隔，通过网络下载CORS基准站数据，利用南方商业软件进行解算。动态测量时，通过GPRS拨号，拨叫基准站的网络系统。采样间隔设置为5秒，取得固定解初始化时间一般为15至120秒，初始化后在待定点上取得固定解时间一般为2至5秒。

3、系统特点

1) 作业效率高。减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，作业速度快，劳动强度低。

2) 定位精度高。数据安全可靠，满足RTK的基本需要条件。

3) 自动化、集成化程度高。软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

4) 操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以实现外业施测需要。

5)系统扩展性高。设计上考虑到系统的可扩展性，独立的连续运行参考站只通过软件升级就能接入多基站的连续运行参考站系统。

4、转换参数求取

根据泉州控制点分布情况，包括CORS点共选择39个控制点进行布网，外业布设一星期，经处理，满足D级控制网要求。

5、应用研究

为了检测该CORS系统的效果和稳定性，对其精度进行了测试。检核采用标准参照《城市测量规范》CJJ8-99，取规程中1：500图根点位精度是否在设计范围内。

测试以基准站为中心，在30公里半径范围内，均匀选取20个具有已知坐标的图根控制点。采用CORS系统下作业，流动站每个点观测4次，分上、下午，共计观测两天,取其平均值，控制点坐标比较如下表所示。从测试的结果看，CORS系统下作业完全可以满足1：500地形图对图根控制点的精度要求，测试结果另人满意。

表2 与已知坐标图根点坐标比较表

QZCORS系统投入使用已有1年多的时间，从外业生产实际情况来看，在30公里作业半径内，平面精度在3厘米内，高程精度在5厘米内，整个系统满足了当初设计目标和泉州市区对RTK测量的需要。

6、结论

1）实践表明对于泉州市区的地形测量、地籍测量、工程放样及其它测量任务，QZCORS单参考站系统具有方便易用、工作效率高、平面精度高等特点[3]。覆盖半径可以达到30公里，满足泉州市区的RTK作业需要。同时单参考站在满足现势应用的前提下可拓展成为未来的多基站应用系统。

2）为进一步提高QZCORS系统作业下的高程精度，在实际作业中，当距离基准站较远时，利用几何水准的方法，求得分布均匀的几个待定点准确水准高程，然后在流动站输入，求得与拟和高程差值模型进行改正整个测区的高程，从而提高在RTK作业下的高程精度。

3）QZCORS目前还有一些不尽如人意地方，比如：在城区高楼密集的地方难以使用。网络RTK建设的高成本也限制了它普及使用。不过相信通过技术的发展，问题将被逐步解决。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。