黃春華 徐冰凌 于洪亮

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚(yáng)州 225200）

0 引言

隨著GPS 技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的不斷深化，以及各行業(yè)用戶(hù)對(duì)GPS 測(cè)量提出了越來(lái)越高的要求，近些年很多城市或地區(qū)開(kāi)始建立專(zhuān)門(mén)服務(wù)于本地區(qū)的GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)［1］，給基礎(chǔ)測(cè)繪、整個(gè)城市的空間信息數(shù)字化和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等工作注入了新的動(dòng)力。然而，這些GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)一般要求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中至少有4 臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的GPS 參考站型接收機(jī)［2］，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，其投資巨大、審批建設(shè)周期漫長(zhǎng)、系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用高昂。雖然這樣的網(wǎng)絡(luò)GPS 系統(tǒng)給用戶(hù)所提供的服務(wù)空間范圍比較大，服務(wù)種類(lèi)也更加多樣，但對(duì)于很多想體驗(yàn)GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站給GPS 測(cè)量帶來(lái)諸多便利性的中小用戶(hù)而言，無(wú)疑門(mén)檻太高。針對(duì)這種情況，江都水利樞紐按照現(xiàn)代化的需要，參考現(xiàn)代GPS 熱點(diǎn)應(yīng)用，結(jié)合本單位的實(shí)際情況，建立了一套單基準(zhǔn)站的CORS 系統(tǒng)，新系統(tǒng)應(yīng)用后，解放了大量的人力物力，測(cè)繪速度和精度與原系統(tǒng)相比有了較大的提高。

1 單基準(zhǔn)站CORS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

單基準(zhǔn)站CORS 系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、系統(tǒng)控制中心、移動(dòng)站四個(gè)部分組成?；鶞?zhǔn)站與用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)。在衛(wèi)星定位信號(hào)的有效覆蓋區(qū)域內(nèi)，可提供GPS 實(shí)時(shí)測(cè)量，滿(mǎn)足非蔭蔽區(qū)日常工程觀測(cè)工作以及地籍、規(guī)劃等要求。系統(tǒng)采用了基于TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，進(jìn)行RTCM-SC104 標(biāo)準(zhǔn)格式或CMR 格式RTK 差分廣播。系統(tǒng)流動(dòng)站GPS 接收機(jī)使用藍(lán)牙GPRS［3］手機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)參考站的RTK 差分改正數(shù)據(jù)。單基準(zhǔn)站系統(tǒng)有效覆蓋半徑可達(dá)25 km。

江都水利樞紐所屬水利工程相對(duì)集中，以江都站為中心，25 km 范圍內(nèi)已完全涵蓋了所有的工程，根據(jù)這個(gè)控制范圍要求和儀器長(zhǎng)距離RTK 的作用距離，我們考慮在江都一站主廠(chǎng)房屋頂架設(shè)一臺(tái)CORS 基準(zhǔn)站就可以達(dá)到要求。

2 江都水利樞紐單基準(zhǔn)站CORS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基準(zhǔn)站部分

主要是一臺(tái)IRTK 長(zhǎng)距離RTK接收機(jī)［4］。GPS 接收機(jī)使用GSM 數(shù)據(jù)鏈，通過(guò)GPRS 方式登陸到數(shù)據(jù)服務(wù)中心，然后將差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)中心。用戶(hù)使用時(shí)要將儀器設(shè)置為內(nèi)置GPRS 基準(zhǔn)站模式發(fā)送數(shù)據(jù)。GPRS 通訊需要開(kāi)通中國(guó)移動(dòng)使用GPRS 數(shù)據(jù)通訊業(yè)務(wù)，只要有一張SIM 卡，到營(yíng)業(yè)廳開(kāi)通數(shù)據(jù)的包月服務(wù)，一般20 元/月左右，就可以利用其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)用移動(dòng)公司發(fā)射塔來(lái)替代原來(lái)的移動(dòng)站和基準(zhǔn)站的電臺(tái)。GPRS 的傳輸不受距離限制，而且抗干擾能力強(qiáng)，即使在城市中有高大建筑物阻擋的情況下，其信號(hào)的發(fā)送、接收效果也很好。

2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)器部分

包括一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦以及在電腦上運(yùn)行的服務(wù)器軟件，該軟件的功能主要包括三個(gè)方面：管理登陸的接收機(jī)；接收基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的數(shù)據(jù)；由系統(tǒng)控制中心根據(jù)移動(dòng)站的位置選擇合適的基站數(shù)據(jù)依靠GPRS信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)站。GPRS 模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器之間利用Internet 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，基準(zhǔn)站首先通過(guò)GPRS 將數(shù)據(jù)發(fā)送到Internet 網(wǎng)絡(luò)，然后到達(dá)數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)也是先傳給Internet 網(wǎng)絡(luò)，然后到達(dá)每個(gè)有GRPS收發(fā)設(shè)備的移動(dòng)站終端。相比較而言，常規(guī)的RTK 測(cè)量中，基準(zhǔn)站必須通過(guò)電臺(tái)發(fā)送差分?jǐn)?shù)據(jù)給移動(dòng)站，江都水利樞紐的單基準(zhǔn)站CORS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也不例外，只不過(guò)數(shù)據(jù)首先通過(guò)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)給服務(wù)中心，然后通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)中心發(fā)送給移動(dòng)站，中間增加了接收、處理、轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程。差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送的波特率以及格式和原有的常規(guī)RTK 沒(méi)有區(qū)別。一般以19200波特率發(fā)送，格式有RTCA、RTCM、CMR 等幾種，這些數(shù)據(jù)中一般都包括了基準(zhǔn)站的位置信息和電離層對(duì)流層的載波相位改正數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)的控制中心

接收各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成多基準(zhǔn)站差分定位用戶(hù)數(shù)據(jù)，組成一定格式的數(shù)據(jù)文件，分發(fā)給用戶(hù)。數(shù)據(jù)處理中心是單基準(zhǔn)站CORS 的核心單元，也是高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。中心再連續(xù)不斷地根據(jù)基準(zhǔn)站所采集的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行整體建模解算，自動(dòng)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)于流動(dòng)站點(diǎn)位的虛擬參考站（包括基準(zhǔn)站坐標(biāo)和GPS 觀測(cè)值信息），同時(shí)通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)播發(fā)網(wǎng)，向各類(lèi)需要測(cè)量和導(dǎo)航的用戶(hù)以國(guó)際通用格式提供載波相位差分修正信息，以便實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的精確點(diǎn)位。

2.4 移動(dòng)站部分

包括一臺(tái)或者多臺(tái)GPS 接收機(jī)，使用GSM 數(shù)據(jù)鏈，通過(guò)GPRS 方式登陸數(shù)據(jù)服務(wù)器，以GGA 格式將自己的坐標(biāo)信息發(fā)送給服務(wù)器，接收服務(wù)器發(fā)送來(lái)的差分改正數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位采集，以完成精確定位的測(cè)繪任務(wù)。

2.5 坐標(biāo)系統(tǒng)和高程

在建設(shè)區(qū)域參考站系統(tǒng)對(duì)平面坐標(biāo)系統(tǒng)和高程的統(tǒng)一是非常重要的［5，6］，本系統(tǒng)采用的方法如下：

（1）使用當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)系統(tǒng)，按照當(dāng)?shù)仄邊?shù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)解算依據(jù)；

（2）七參數(shù)的使用基本上解決了高程問(wèn)題，高程系統(tǒng)使用85 國(guó)家高程系統(tǒng)；

（3）基準(zhǔn)站的坐標(biāo)為本地的坐標(biāo)，通過(guò)七參數(shù)轉(zhuǎn)換為WGS84 坐標(biāo)發(fā)射；

（4）移動(dòng)站保持和基準(zhǔn)站坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一，使用七參數(shù)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)；

（5）其它型號(hào)的接收機(jī)接入時(shí)，利用七參數(shù)作為轉(zhuǎn)換參數(shù)輸入。

2.6 系統(tǒng)指標(biāo)

系統(tǒng)指標(biāo)見(jiàn)表1。

3 使用優(yōu)勢(shì)

由于城市建設(shè)速度加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)工程的觀測(cè)基點(diǎn)、控制點(diǎn)破壞較大，重新埋設(shè)及維護(hù)費(fèi)用較高，若維護(hù)不到位，一般在5～8年需重新布設(shè)，至于在道路上的圖根控制點(diǎn)則消失更快，1年就基本被破壞，工程管理單位若重新布設(shè)，則需要花費(fèi)大量的人力物力，最終往往重設(shè)的控制點(diǎn)精度還達(dá)不到要求，造成人力物力財(cái)力的巨大浪費(fèi)。

表1 系統(tǒng)指標(biāo)

江都水利樞紐單基準(zhǔn)站CORS建立后，大大提高了工程日常測(cè)繪的效率，降低了測(cè)繪的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，省去了大量的人力物力費(fèi)用，節(jié)省各項(xiàng)測(cè)繪工程實(shí)施過(guò)程中約50% 的控制測(cè)量費(fèi)用。隨著江都水利樞紐單基準(zhǔn)站CORS 的建立和連續(xù)運(yùn)行，在管理范圍內(nèi)形成了一個(gè)以永久基站為控制點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)所屬的工程設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效、長(zhǎng)期的變形監(jiān)測(cè)。

單基準(zhǔn)站CORS 系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)RTK 測(cè)量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

（1）改進(jìn)了初始化時(shí)間，擴(kuò)大了有效工作的范圍；

（2）采用連續(xù)基站，用戶(hù)隨時(shí)可以觀測(cè)，使用方便，提高了工作效率；

（3）擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)差分作業(yè)的可靠性；

（4）用戶(hù)不需架設(shè)參考站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)，減少了費(fèi)用；

（5）使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾；

（6）提供遠(yuǎn)程Internet 服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享；

（7）擴(kuò)大了GPS 在動(dòng)態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍；

（8）為江都水利樞紐現(xiàn)代化建設(shè)提供了新的契機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

江都水利樞紐單基準(zhǔn)站CORS系統(tǒng)不僅是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的定位框架基準(zhǔn)，同時(shí)也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的重要基礎(chǔ)設(shè)施，系統(tǒng)可在輻射區(qū)域內(nèi)向用戶(hù)提供高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)的定位信息，并實(shí)現(xiàn)工程測(cè)繪數(shù)據(jù)的完整統(tǒng)一，這將對(duì)江都水利樞紐現(xiàn)代化基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)的采集與應(yīng)用體系產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。它不僅可以建立和維持樞紐測(cè)繪的基準(zhǔn)框架，更可以全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)提供高精度的空間和時(shí)間信息，成為工程建設(shè)、規(guī)劃、管理和決策的基礎(chǔ)。

［1］豐勇，郭毅.GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）原理及應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（04）.

［2］郭萬(wàn)里，張永，王小剛，王建成.城市GPS 連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)（CORS）應(yīng)用綜述［J］.人民珠江，2008（01）.

［3］祁芳，劉暉.GPRS 技術(shù)在CORS系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.全球定位系統(tǒng)，2003（09）：2-3.

［4］劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)——城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2003，28（3）：1-2.

［5］劉暉，時(shí)曉燕.深圳市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的建立與試驗(yàn)［J］.測(cè)繪通報(bào)，2003（9）：1-2.

［6］黃丁發(fā)，丁建偉，夏捷.差分GPS連續(xù)運(yùn)行參考站（網(wǎng)）建設(shè)研究［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（4）.