CORS技术的道路测量应用和发展探讨

摘 要：传统测量手段和常规RTK测量技术长期应用于大小工程建设项目中，随着城市化速度的加快，其作业效率低的缺点逐渐凸显。CORS技术的出现，大幅提升了作业的便利性和效率。文章基于CORS技术优势，以CORS技术在道路测量中的应用为例展开应用探讨，并在此基础上拓展分析了当前国内CORS系统建设应用的特点和问题，给出了分析结果。

关键词：道路测量；CORS；RTK；应用；发展

引言

道路测量工作内容主要有线路勘测、施工和竣工测量，包括施工控制网布设、地形图测量、线路放样等工作，具有全线性、阶段性和渐近性的特点。过去，道路测量主要通过传统的边角测量、水准测量技术来完成，随着GNSS技术的不断发展应用，RTK技术在道路测量工作中逐渐取代了大部分传统测量技术。常规RTK技术需设置基站，有效的工作半径一般不超过15公里，且测量精度随着基站与移动站的距离增加而降低。CORS技术的出现，解决了常规RTK技术工作范围小、效率低等缺点。CORS服务系统由固定的若干（3个以上）全天候连续运行的分布于一定区域内的永久基站和控制中心组成，通过控制中心解算并向用户（移动站）播发定位数据，同时进行系统管理。CORS系统按服务范围可分为全球性、部级、省级、市级和区域性系统，实现了有效的大范围服务覆盖。一旦建成，仅需提供低廉的维护升级费用，系统即可发挥长久效用。用户凭登录口令登录CORS系统接收服务信息，就可以在CORS系统覆盖的区域内进行连续作业，大大提高了效率。文章针对CORS技术的道路测量应用展开探讨和分析。

1 CORS系统

1.1 CORS系统工作原理

CORS技术集先进的GNSS技术和现代电子技术、通讯技术和互联网技术于一身，是多种技术的融合应用。CORS系统主要由基站/参考站、控制中心、客户端/用户和网络系统组成。基站原始观测数据通过网络传输至控制中心，控制中心经过数据处理获得定位改正数据，用户以合法帐户链接控制中心，并向控制中心发送服务请求，控制中心根据用户的请求发送相应的各类改正数据或原始观测数据供用户使用，能实现实时、准实时、事后导航定位，定位精度按不同需求分为米级、分米级、厘米级甚至毫米级精度。系统机构见图1。

1.2 基站

CORS系统一般包含3个或3个以上的基站。每个基站由GNSS接收机、天线、不间断电源、网络设备和防雷设备等组成。每个基站正常运行时将对视场内的有效GNSS卫星进行连续跟踪并接收、存储、向控制中心实时发送原始观测数据。

1.3 控制中心

控制中心是CORS系统的核心，是提供稳定、连续、安全定位服务的关键。控制中心由服务器、数据存储器、工作站、不间断电源、网络设备、防雷设备等配套设备组成。其主要功能包括系统监控、管理维护、数据分析、差分改正计算、数据备份、下载和播放等。

1.4 网络系统

网络系统用于基站与控制中心，控制中心与用户的数据传输，可分为基站与控制中心间的内部数据交换网和用户与控制中心的外部播发网两个独立网。网络系统的关键是稳定可靠、快速安全。一般基站和控制中心间构建虚拟专用网络/VPN确保数据的实时性和可靠性，用户和控制中心间通过GPRS/CDMA无线因特网建立连接，便利高效。

1.5 客户端/用户

CORS系统的用户终端由GNSS接收机（天线内置）、操作手簿和终端定位软件组成。一般手簿内集成了定位软件和通讯模块，通过手簿内简单的设置与控制中心连接，接收来自控制中心的差分数据经由定位软件实时解算获得最终定位结果。

2 道路测量应用

2.1 坐标转换

目前，施工中主要的坐标系统有1954北京坐标系统、1980国家坐标系统和CGCS2000国家大地坐标系统及地方独立坐标系统；高程基准有56高程系统和85高程系统。而GNSS定位坐标的直接结果主要为WGS84大地坐标系坐标，需要进行坐标转换将WGS84坐标转换至施工平面坐标系及对应的正常高成果。

坐标转换通常通过两种方式实现：四参数法或布尔沙七参数法。四参数法用于小范围的坐标转换，七参数法用于大区域的坐标转换。小范围的对精度要求不高的高程坐标可通过拟合实现。大区域或高精度的局部高程需通过似大地水准面精化模型求取。

2.1.1 高斯平面坐标转换公式：

其中，？驻X、？驻Y为平移参数，k为比例系数，？为旋转角。

2.1.2 布尔沙七参数转换公式：

其中，？驻X、？驻Y、？驻Z为平移参数，k为比例系数，？着为旋转参数。

四参数法的优点是算法简单，但仅限于小范围的应用。七参数法更适宜大区域的转换，且精度较高。

2.2 施工控制网

道路施工控制测量为道路的设计和施工建设提供平面及高程基准。控制点应尽量均匀布设于线路的两侧，构成带状控制网。根据道路设计长度、工程量和现场条件，可布设一级或二级控制网。布网需考虑路线设计和施工放样需求，同时应兼顾网形结构确保精度。为了更好地附和当地原有控制点，应联网原有控制点作为约束和检测。

2.3 大比例尺带状测图

路线规划通常基于大比例尺地形图，如1：2000、1：1000，需布设测图控制网后进行碎部测量。传统测量手段利用测区内的已有控制点通过全站仪施测，对通视要求较高，如果在地形复杂或建筑物密集的地区，频繁的设站将不可避免的降低作业效率和观测精度。而传统RTK模式需将基站设于已知点上，如测区无已知点或已知点不理想、基站失效将严重影响作业进度，另外，随着移动站与基站距离的增加，定位精度随之降低，根据实际应用经验，基站的理想覆盖范围为10公里半径内。

CORS技术克服了传统测量手段和RTK的缺点，其有效作业半径根据纬度高低可达20～70公里。CORS技术改变了传统的测图思想，使得测图工作变得简单而高效，多基站协同的工作模式，确保了连续作业的稳定性，区域数据差分解算误差估计，提高了定位精度。在精度要求不高的测图工作中，可将CORS终端搭载在交通工具上进行实时、连续的数据采集。

2.4 线路施工放样

传统测量方法进行放样作业须于设站可见的且有效的距离内施测，在平坦地面较容易开展，但需频繁迁站，特别是当放样点较稀疏、地行复杂的情况下，单站放样点数少，耗时耗力。CORS放样可直接将设计坐标输入手簿中，根据放样程序连续放样点位，节省人力物力，每个点位相互独立，整体精度统一。

2.5 断面测量

道路中线测量完成后，需进行纵断面测量和横断面测量。断面图是根据断面外业观测资料绘制而成，非常直观地反映了地面的起伏状况，既是工程设计和施工中的重要资料，也是道路设计的基础文件之一。

在道路中线放样中，传统测量方法常用全站仪进行，放样过程中同时测定了中心桩的高程，一定程度上提高了效率，但是不可避免的受到通视情况的影响和频繁搬站的约束。通过CORS技术，可以直接测设中心桩并同时采集桩位的断面地形数据，通过绘图软件及时绘制断面图，实施简单，经济高效。

3 应用分析

通过前文对CORS技术特点及其在道路测量的应用探讨，举一反三，CORS技术以其高精度、覆盖广、稳定可靠、经济高效等优点，可以普遍应用于其它各类测绘工程中。目前国内各省市建立了大量的地方性CORS系统。例如，广东省CORS系统于2007年初步建成并于2008年投入使用，为国土资源系统、测绘行业单位、政府职能部门和社会服务单位提供服务，主要用于基础测绘修补测、数据更新、地籍调查测量、农村土地登记发证、建设用地测量、农地开发整理测量、违法用地巡查、矿山测量、地质灾害监测和气象监测。从系统建成运行至今，稳定的连续服务为广东省建设发展提供了有效的支持和保障。

虽然目前国内CORS技术应用取得了一定成效，但仍存在诸多不足。首先，CORS技术规范尚不够统一、完善。因为CORS技术是综合性较强的多项新技术的融合应用，国内目前缺乏针对CORS系统建设使用、管理维护的完善标准和通用性规范。其次，各个地区建立的CORS系统相对独立，行业间、地区间“各自为政”，存在不同程度的重复建设，资源浪费现象。与西方发达国家相比，很多方面亟待完善。另外，目前CORS系统的服务对象较单一，主要是国土、规划和专业测量应用，其应用潜力和空间还有待进一步的拓展。

4 结束语

CORS技术在道路测量应用中克服了常规测量手段和传统RTK技术的缺点，展现了良好的适用性和拓展性。CORS系统能便利地为我们提供海量的地理信息数据，不但可以用于科学研究、陆地测量、海洋测绘、航空航天等专业方向，还可以用于公共安全服务、商业应用，智能城市建设、灾害监测等方面。目前国内CORS应用尚不成熟，阻力和机遇并存，需要整合优化、规范统一，发挥CORS技术的最大效能。

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作者简介：李秀龙（1981-），男，测绘工程师，主要从事城市测量工作。