許藝獻(xiàn) 蔣達(dá) 孫莉 高風(fēng)磊

（1.洛陽(yáng)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000；2.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3.河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003；4.鶴壁市國(guó)土資源局淇濱分局，河南 鶴壁 458030）

淺析CORS系統(tǒng)在露天礦數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

許藝獻(xiàn)1蔣達(dá)2孫莉3高風(fēng)磊4

（1.洛陽(yáng)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471000；2.河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3.河南省測(cè)繪工程院，河南 鄭州 450003；4.鶴壁市國(guó)土資源局淇濱分局，河南 鶴壁 458030）

隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也越來(lái)越成熟，它代表了GPS的發(fā)展方向。通過(guò)對(duì)CORS工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成優(yōu)勢(shì)的介紹，闡述了露天礦數(shù)字化建設(shè)中建立CORS的可行性和必然性及其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。

連續(xù)運(yùn)行參考站（CORS）；露天礦

1 引言

GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（Real Time Kinematic，簡(jiǎn)稱(chēng)RTK）技術(shù)是一種將GPS與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在1～2秒的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù)。連續(xù)運(yùn)行參考站（Continually Operating Reference Stations，簡(jiǎn)稱(chēng)CORS）技術(shù)的出現(xiàn)將GPS技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高度，同時(shí)也加快了數(shù)字化露天礦建設(shè)的進(jìn)程。

2 CORS系統(tǒng)的工作原理及其優(yōu)勢(shì)

2.1 工作原理

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)是在研究區(qū)域范圍內(nèi)，建立由若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站、數(shù)據(jù)通信鏈路、數(shù)據(jù)中心和用戶(hù)終端構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，綜合應(yīng)用GNSS定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分改正信息解算。實(shí)時(shí)地向不同類(lèi)型、不同需求、不同層次的用戶(hù)自動(dòng)提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類(lèi)型的GPS觀測(cè)值(載波相位、偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)[1]。在應(yīng)用方面，可以圍繞國(guó)土資源、智慧城市、智能交通、智慧物流、精細(xì)農(nóng)業(yè)、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、信息消費(fèi)等方面開(kāi)展衛(wèi)星導(dǎo)航與應(yīng)用示范，簡(jiǎn)單概括有以下幾個(gè)方面：

（1）國(guó)土資源應(yīng)用。融合信息評(píng)估和決策技術(shù)，對(duì)全省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、多發(fā)區(qū)、重點(diǎn)防治區(qū)等地進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和評(píng)估，開(kāi)展關(guān)鍵信息采集、多手段跟蹤監(jiān)測(cè)、地質(zhì)沉降監(jiān)測(cè)等研究，為減災(zāi)防災(zāi)提供遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和災(zāi)情預(yù)警，提高應(yīng)急災(zāi)變的整體反應(yīng)和處置能力。

（2）智慧城市應(yīng)用。依托云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，融合高精度、動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)信息，室內(nèi)外無(wú)縫銜接定位信息和智能位置信息等，構(gòu)建智慧城市時(shí)空位置云服務(wù)中心，為智慧應(yīng)用提供綜合性、智能化時(shí)空位置服務(wù)。

（3）智能交通應(yīng)用。融合通信、自動(dòng)化控制、高精度車(chē)機(jī)等技術(shù)，構(gòu)建包括智能調(diào)度、校車(chē)監(jiān)控、危化品運(yùn)輸監(jiān)控及交通信息誘導(dǎo)等在內(nèi)的智能交通體系和數(shù)字化施工體系，服務(wù)高精度軌道交通、米字形高鐵等重大工程和重點(diǎn)項(xiàng)目，提高交通運(yùn)輸安全和效率。

（4）智慧物流應(yīng)用。建立現(xiàn)代物流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)跟蹤物流各環(huán)節(jié)信息的管理、分析與發(fā)布，保障信息的暢通、透明，統(tǒng)籌調(diào)度物流資源，降低物流成本。

（5）精細(xì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用。對(duì)土壤墑情、水利設(shè)施、自然災(zāi)害、農(nóng)田環(huán)境和農(nóng)業(yè)突發(fā)災(zāi)情等農(nóng)業(yè)輿情信息實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)糧食儲(chǔ)備分布情況及運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)糧食流通和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（6）信息消費(fèi)應(yīng)用。構(gòu)建開(kāi)放的、時(shí)空一體化的綜合位置服務(wù)平臺(tái)，發(fā)展主動(dòng)導(dǎo)航、兒童看護(hù)、老人監(jiān)護(hù)等社會(huì)民生應(yīng)用，帶動(dòng)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和消費(fèi)模式轉(zhuǎn)變。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

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)和地理特征的重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，CORS可在城市區(qū)域內(nèi)向大量用戶(hù)同時(shí)提供高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)的定位信息，并實(shí)現(xiàn)城市測(cè)繪數(shù)據(jù)的完整統(tǒng)一，這將對(duì)現(xiàn)代城市基礎(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。

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：改進(jìn)了初始化時(shí)間，擴(kuò)大了有效工作的范圍；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；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；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；使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通信方式，減少了噪聲干擾；提供遠(yuǎn)程Internet服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享；擴(kuò)大了GPS在動(dòng)態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，更有利于車(chē)輛、飛機(jī)和船舶的精密導(dǎo)航；為建設(shè)數(shù)字化城市提供了新的契機(jī)。

3 CORS系統(tǒng)組成

3.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)CORS的軟硬件結(jié)構(gòu)、物理關(guān)系和功能將CORS分為以下幾個(gè)部分。

（1）CORS主體部分：CORS主體是CORS建設(shè)和運(yùn)行的核心，它由參考站系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)構(gòu)成，三個(gè)子系統(tǒng)是有機(jī)整體，每個(gè)子系統(tǒng)不能獨(dú)立存在。這部分由CORS建設(shè)方進(jìn)行建設(shè)。

（2）CORS用戶(hù)部分：CORS用戶(hù)部分指用戶(hù)子系統(tǒng)，由用戶(hù)端硬件和軟件組成。這部分由設(shè)備廠商提供解決方案，用戶(hù)根據(jù)要求購(gòu)買(mǎi)。

（3）CORS服務(wù)部分：CORS服務(wù)部分指由硬件設(shè)備、軟件設(shè)備和技術(shù)人員以及協(xié)議組成的用戶(hù)服務(wù)群，也稱(chēng)用戶(hù)服務(wù)子系統(tǒng)。這部分由用戶(hù)提出要求，系統(tǒng)管理方根據(jù)用戶(hù)要求進(jìn)行建設(shè)。

3.2 CORS各子系統(tǒng)

（1）數(shù)據(jù)中心。它是CORS用于進(jìn)行數(shù)據(jù)解算、用戶(hù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)發(fā)布和服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)的集合體，是系統(tǒng)的大腦和核心及實(shí)現(xiàn)CORS各種功能的樞紐。數(shù)據(jù)中心根據(jù)需求情況分為三個(gè)子系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)中心和管理中心。

①數(shù)據(jù)處理中心。主要任務(wù)是處理參考站數(shù)據(jù)，為用戶(hù)解算差分?jǐn)?shù)據(jù)以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。它是數(shù)據(jù)中心的核心，裝備有服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。

②數(shù)據(jù)中心。主要任務(wù)是遠(yuǎn)程控制參考站和數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的運(yùn)行，裝備有電腦工作站等設(shè)備。

③管理中心。主要任務(wù)是遠(yuǎn)程控制和處理GPS數(shù)據(jù)、用戶(hù)數(shù)據(jù)，裝備有工作站等設(shè)備。

（2）參考站。參考站是CORS的神經(jīng)元，是系統(tǒng)最基礎(chǔ)的組成部分。它是CORS用于接收、處理和傳輸GPS/GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的各種硬軟件的集合體，同時(shí)也是CORS各種定位解算服務(wù)的基準(zhǔn)設(shè)施，其準(zhǔn)確的定位是數(shù)據(jù)解算的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

（3）通信系統(tǒng)。CORS通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)參考站與數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心與用戶(hù)之間數(shù)據(jù)交換和信息發(fā)布的鏈路。通信網(wǎng)絡(luò)分為內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和外通信網(wǎng)絡(luò)。參考站與數(shù)據(jù)中心之間的通信網(wǎng)絡(luò)為內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心與用戶(hù)之間的通信網(wǎng)絡(luò)是外通信網(wǎng)絡(luò)。

（4）用戶(hù)子系統(tǒng)。用戶(hù)子系統(tǒng)是CORS用戶(hù)接收差分?jǐn)?shù)據(jù)、接受源數(shù)據(jù)服務(wù)和其他信息服務(wù)的終端設(shè)備。根據(jù)CORS應(yīng)用領(lǐng)域和方法不同，它可以是網(wǎng)絡(luò)RTK流動(dòng)站、RTD手簿，也可以是上網(wǎng)電腦或其他設(shè)備。

（5）用戶(hù)服務(wù)子系統(tǒng)。用戶(hù)服務(wù)子系統(tǒng)是以軟硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，依靠技術(shù)人員為主要力量建立起來(lái)的為用戶(hù)提供各種差分解算和技術(shù)支持等類(lèi)型服務(wù)的軟系統(tǒng)。它是一個(gè)非固定系統(tǒng)，可根據(jù)用戶(hù)需求與各個(gè)CORS的特點(diǎn)進(jìn)行建設(shè)。

4 CORS系統(tǒng)在露天礦數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用

GPS作為現(xiàn)代化的測(cè)量設(shè)備早已在露天礦中使用，它被廣泛應(yīng)用在各種汽車(chē)、單斗鏟、平路機(jī)、鉆孔機(jī)等露天礦的設(shè)備上。隨著汽車(chē)調(diào)度系統(tǒng)、仿真等系統(tǒng)在露天礦中的應(yīng)用，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求進(jìn)一步提高，如果每一個(gè)系統(tǒng)都建立自己的GPS測(cè)量系統(tǒng)，則會(huì)極大地浪費(fèi)資源，而且各個(gè)GPS測(cè)量系統(tǒng)之間會(huì)有一定的影響。CORS的出現(xiàn)使整個(gè)礦區(qū)所有使用GPS的工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，大大擴(kuò)展RTK的作業(yè)范圍，使GPS的應(yīng)用更廣泛，精度和可靠性進(jìn)一步提高，使從前許多GPS無(wú)法完成的任務(wù)得以完成。如果露天礦所在地區(qū)沒(méi)有建立CORS系統(tǒng)，則需要建立露天礦CORS系統(tǒng)，同時(shí)它還能為礦區(qū)周?chē)某鞘薪ㄔO(shè)服務(wù)，降低了系統(tǒng)的成本[2]。它的建立過(guò)程如下:

（1）先收集資料，主要包括:礦區(qū)高等級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)的分布，最好同時(shí)具有相應(yīng)的 WGS84和本地雙套坐標(biāo)及其精度評(píng)定成果。

（2）根據(jù)收集的資料，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及算出相應(yīng)的參數(shù)，為系統(tǒng)提供所必需的原始數(shù)據(jù)。

（3）在露天礦附近建立控制中心。它設(shè)計(jì)為無(wú)人值守，主要設(shè)備為GPS接收機(jī)和CORS軟件系統(tǒng)，并和網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布用戶(hù)所需數(shù)據(jù)。它一般建立在開(kāi)闊的高處，附近沒(méi)有高大建筑和大型水體。

（4）根據(jù)具體情況，建立固定參考站。固定參考站和控制中心一樣，一般都建在高地，用于接收衛(wèi)星信號(hào)。固定參考站將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)連線(xiàn)直接傳給控制中心。

（5）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，確認(rèn)CORS系統(tǒng)的各種參數(shù)，及其運(yùn)行準(zhǔn)確性及可靠性。

（6）進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作人員能夠熟練使用該系統(tǒng)。

5 實(shí)例分析

某礦建立了CORS系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行后，為了驗(yàn)證其精度和適用性，對(duì)68點(diǎn)進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)，其兩次觀測(cè)差值統(tǒng)計(jì)如表1所示，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得：x坐標(biāo)的中誤差Mx=±2.5mm，y坐標(biāo)的中誤差My=±2.4mm，h坐標(biāo)的中誤差Mh=±5.8mm，完全滿(mǎn)足露天礦的測(cè)量要求。

表1 各觀測(cè)值差值統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié) 語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)是將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等集于一體的系統(tǒng)，應(yīng)用參考站接收信號(hào)，運(yùn)用最先進(jìn)算法進(jìn)行計(jì)算和改正，是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的革命性發(fā)展，為社會(huì)提供高精度全天候的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)。在現(xiàn)代數(shù)字化露天礦中應(yīng)用CORS系統(tǒng)可實(shí)時(shí)知道各種設(shè)備的位置，以及工作狀況，進(jìn)行及時(shí)的調(diào)度；還可以實(shí)時(shí)了解各個(gè)階段和工作面的開(kāi)采進(jìn)度，完成采剝量的計(jì)算、邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、土地復(fù)墾、及時(shí)更新礦山模型等，使管理者在室內(nèi)就可以知道現(xiàn)場(chǎng)的情況，為各種決策提供了第一手資料。

[1]蔣達(dá).南方GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站的建立與應(yīng)用[D].焦作：河南理工大學(xué),2010.

[2]馮宇華,黃吉來(lái),徐愛(ài)功.CORS在數(shù)字化露天礦中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量,2009(1):50-51.

許藝獻(xiàn) (1992—),男，漢族，助理工程師，從事土建技術(shù)等工作。E-mail:263885073@qq.com