屈利娜

(湛江市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，廣東 湛江542002)

一、項(xiàng)目背景

CORS系統(tǒng)擁有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性高、實(shí)時(shí)提供厘米級定位等特點(diǎn)，但由于受經(jīng)濟(jì)和自然條件的限制，部分地區(qū)或城市在一定時(shí)間內(nèi)還無法建立CORS系統(tǒng)，或因?yàn)榈赜蚍矫娴脑螂y以享受相應(yīng)的便捷服務(wù)。單基站CORS是在結(jié)構(gòu)和功能上簡化了的CORS系統(tǒng)，不僅建設(shè)費(fèi)用少、技術(shù)成熟、安全穩(wěn)定、可獨(dú)立使用，而且可以隨時(shí)升級并網(wǎng)為多基站連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)系統(tǒng)，易于維護(hù)和管理，為諸多中小城市和大中型測繪工程單位所用，為其日常工作提供足夠精度的實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

近年來，隨著大批重點(diǎn)項(xiàng)目的開展和建設(shè)，湛江市規(guī)劃系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)測繪與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求之間的矛盾日益顯現(xiàn)。常規(guī)的以電臺信號為依托的RTK測量有效作業(yè)距離短，信號易被建筑物遮擋，生產(chǎn)力低下，已無法滿足日常規(guī)劃測量工作需要。經(jīng)過分析調(diào)研和實(shí)地論證，建設(shè)了院單基站CORS。作業(yè)人員只需單機(jī)作業(yè)，就能獲取更快速、精度更高的定位和更可靠的成果，同時(shí)作業(yè)范圍更大。

二、單基站CORS的建設(shè)

1．前期測試

為測試單基站CORS的可用性、作業(yè)范圍等指標(biāo)，在基站建設(shè)前期進(jìn)行了測試。

(1)作業(yè)距離測試

在系統(tǒng)測試期間，使用Trimble R4-3 GNSS接收機(jī)進(jìn)行了單基站CORS作業(yè)距離測試。經(jīng)過測試，在距離基準(zhǔn)站約20 km的控制點(diǎn)處，流動站可以在20 s內(nèi)得到高精度固定解。而在距離基準(zhǔn)站32．8 km處，流動站在連接基站14 s后第一次獲取固定解(32．8 km的控制點(diǎn)觀測是在下午18:35分進(jìn)行的，沿海地區(qū)下午衛(wèi)星質(zhì)量相對較差，第一次固定的精度不代表就是流動站可以達(dá)到的最佳精度)。證明了單基站CORS系統(tǒng)的作業(yè)半徑可達(dá)30 km甚至更遠(yuǎn)，可以彌補(bǔ)常規(guī)RTK測量受距離限制的不足。

(2)測量精度測試

為了測試單基站CORS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性及其測量精度，在測區(qū)內(nèi)利用RTK技術(shù)對8個(gè)E級GPS點(diǎn)進(jìn)行了測量。為了評價(jià)單基站CORS系統(tǒng)的精度，用外符合精度作為其精度評定準(zhǔn)則。外符合精度由實(shí)際求解的GPS點(diǎn)坐標(biāo)與已知的GPS點(diǎn)坐標(biāo)較差計(jì)算得到，見表1。

表1 已知點(diǎn)精度檢核精度表

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平面精度檢測結(jié)果為最大點(diǎn)位誤差4．3 cm，最小點(diǎn)位誤差1．3 cm;高程精度檢測結(jié)果為最大點(diǎn)位誤差4．7 cm，最小點(diǎn)位誤差為0。由此可知，在整個(gè)測區(qū)范圍內(nèi)，利用單基站CORS系統(tǒng)測量的點(diǎn)位精度均優(yōu)于±5 cm。

(3)接收機(jī)兼容性測試

分別使用Trimble R4-3 NSS接收機(jī)及南方S82S86系列接收機(jī)接收網(wǎng)絡(luò)差分信號進(jìn)行測量工作，流動站由近及遠(yuǎn)進(jìn)行連接測試，記錄各個(gè)點(diǎn)初始化時(shí)間及初始化精度等等。

經(jīng)測試，不同型號的接收機(jī)均能連上CORS站并得到實(shí)時(shí)差分解。

2．基站建設(shè)

單基站CORS系統(tǒng)主要由GPS基準(zhǔn)站、控制中心、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和流動站組成。湛江規(guī)劃單基站CORS系統(tǒng)的基準(zhǔn)站接收機(jī)使用Trimble NET-R9 GNSS接收機(jī)，支持接入數(shù)字氣象儀、傾斜傳感器、外接USB存儲設(shè)備、外接頻標(biāo)，防護(hù)等級IP67，440個(gè)通道，支持所有未來導(dǎo)航衛(wèi)星信號。硬件設(shè)備主要還包括ZEPHYR MODEL-2型天線，網(wǎng)絡(luò)通信采用固定IP地址，電信寬帶接入，組成數(shù)據(jù)傳輸終端模塊。站點(diǎn)選在院樓頂，建筑物牢固穩(wěn)定，基站觀測墩采用永久性觀測墩，該觀測墩柱體內(nèi)預(yù)埋PVC管道，用于鋪設(shè)天線電纜。儀器墩外部進(jìn)行了保溫和防風(fēng)處理，頂部安裝天線強(qiáng)制對中裝置，為防止GNSS接收機(jī)天線和觀測墩被雷擊，天線防雷的接地網(wǎng)使用觀測墩所在大樓的防雷地網(wǎng)。

3．基站施測

(1)外業(yè)觀測

湛江市單基站CORS基站點(diǎn)的位置按C級GPS精度要求施測。平面坐標(biāo)系統(tǒng)分1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系兩種，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)?？刂撇捎肎PS靜態(tài)測量，使用6臺GNSS接收機(jī)同步觀測兩個(gè)時(shí)段，聯(lián)測5個(gè)C級點(diǎn)(如圖1所示)，每個(gè)時(shí)段觀測時(shí)間不低于4 h，外業(yè)觀測采用1臺天寶R9接收機(jī)、2臺天寶R5接收機(jī)、3臺天寶R8接收機(jī)進(jìn)行同步觀測，所有儀器在檢定有效期內(nèi)。

圖1 控制網(wǎng)型

(2)靜態(tài)數(shù)據(jù)處理

靜態(tài)數(shù)據(jù)通過上海華測CGO軟件進(jìn)行處理，平差后26個(gè)同步環(huán)及66個(gè)異步環(huán)閉合差均小于國家GPS規(guī)范中C級網(wǎng)的限差要求，最大的同步環(huán)閉合差為0．304×10－6D，其X分量閉合差為－6 mm，Y分量閉合差為－10 mm，最大Z分量閉合差為－8 mm，最大的同步環(huán)閉合差為1．696×10－6D，其X分量閉合差為38 mm，Y分量閉合差為－65 mm，最大Z分量閉合差為16 mm，最弱點(diǎn)(KJ36)點(diǎn)位中誤差為0．005 m;最弱邊邊長相對中誤差為1/3 276 570，平差結(jié)果符合相關(guān)規(guī)范要求。

三、單基站CORS的精度分析

在系統(tǒng)建設(shè)完并進(jìn)行七參數(shù)求解后，使用Trimble R4-3 GNSS接收機(jī)以車載的方式采集控制點(diǎn)以驗(yàn)證參數(shù)精度，在測量過程中當(dāng)流動站獲取足夠數(shù)量衛(wèi)星，并獲得初始化以后才進(jìn)行RTK測量，測量時(shí)精度Hrms＜0．015 m，Vrms＜0．020 m，PDOP＜6。為保證精度收斂，每個(gè)點(diǎn)測量4次，單次測量時(shí)間不低于20 s，測試后得到的點(diǎn)位誤差見表2。

表2 點(diǎn)位誤差表

四、單基站CORS的管理

單基站CORS可利用基站IP通過網(wǎng)頁對基站基礎(chǔ)信息及流動站用戶進(jìn)行管理。

可時(shí)時(shí)查看到基站接收機(jī)狀態(tài)，在接收機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)查找原因，如圖2所示。

圖2 基站接收機(jī)活動狀態(tài)

可根據(jù)需要設(shè)置啟用或禁用GPS衛(wèi)星、GLONASS衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星、Galileo衛(wèi)星等，如圖3所示。

圖3 衛(wèi)星常規(guī)信息

通過I/O配置，設(shè)置不同端口輸出不同的數(shù)據(jù)格式，外野作業(yè)時(shí)可根據(jù)實(shí)際流動站接收機(jī)情況選擇雙星或三星的輸出格式，如圖4所示。

圖4 I/O配置

針對不同需要的流動站，在安全配置中，可選擇流動站用戶是否能對基站進(jìn)行接收機(jī)配置、文件下載、文件刪除、編輯用戶等修改操作。通過安全配置，設(shè)置不同的流動站用戶權(quán)限，統(tǒng)一管理流動站使用情況，如圖5所示。

圖5 安全配置的設(shè)置

五、結(jié)束語

經(jīng)過項(xiàng)目測試及在實(shí)際工作中的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際條件總結(jié)出當(dāng)前單基站CORS特點(diǎn):

1)建設(shè)成本低廉?？沙浞掷矛F(xiàn)有的資源，再投入較少的資金，即可在一個(gè)中小城市或地區(qū)建立一個(gè)單基站CORS系統(tǒng)，滿足當(dāng)?shù)夭煌瑴y量用戶的需要。

2)便于升級和擴(kuò)展。系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的基站擴(kuò)充為多基站系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)軟件升級，單基站系統(tǒng)即可輕松升級為多基站網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)。

3)施工周期短、見效快。從方案落實(shí)到設(shè)備采購、安裝調(diào)試、驗(yàn)收運(yùn)行，整個(gè)周期可在7個(gè)工作日內(nèi)完成，完成后可馬上投入使用。

4)設(shè)備使用效率高。系統(tǒng)建成之后，每一臺流動站都可以參與到工作中。

5)定位快速、作業(yè)范圍增大。單基站CORSRTK基準(zhǔn)站常年固定，流動站可有更快的初始化速度和最大程度的可靠性。使用高等級的參考站點(diǎn)，令整個(gè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)都可得到高精度解，穩(wěn)定可靠的基站可提供30 km以上的信號距離。

6)多星利用，提高可用性。系統(tǒng)可以利用GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS衛(wèi)星信號等更多的衛(wèi)星，提高規(guī)劃測量的可用性與初始化速度。

受時(shí)間和測試條件的限制，當(dāng)前單基站系統(tǒng)高程參數(shù)模型仍需繼續(xù)精化，同時(shí)，將結(jié)合湛江地區(qū)地理環(huán)境特點(diǎn)和工程實(shí)際需要，開展靜態(tài)定位的精度測試和分析。

雖然與大型CORS系統(tǒng)相比，單基站系統(tǒng)具有作用距離短、網(wǎng)絡(luò)RTK精度隨距離增加而衰減等缺點(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)簡單、投入資金少、易于建設(shè)及維護(hù)、隨時(shí)可以升級為多基站CORS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在中小城市及地區(qū)仍然有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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