網絡GPS技術（CORS）在開封影像圖中的應用

開封市規劃勘測設計研究院 王 棟 張德廷

洛陽規劃建筑設計有限公司 郭雁軍

開封市供水總公司 張 勇

網絡GPS技術（CORS）在開封影像圖中的應用

開封市規劃勘測設計研究院 王 棟 張德廷

洛陽規劃建筑設計有限公司 郭雁軍

開封市供水總公司 張 勇

一、概述

2010年，開封市規劃勘測設計研究院斥資20萬元，建設了一個永久連續觀測的網絡GPS（CORS）基準站。基站位于開封市市區西部，可以利用市區周邊的8個高等級控制點解算出4參數和7參數，網絡能覆蓋方圓30km范圍，且點位精度均能滿足規范要求。與傳統的GPS作業相比，CORS參考站具有作用范圍廣、精度高和能夠野外單機作業等眾多優點。經過1年的使用，CORS系統在坐標定位、圖根控制、宗地圖測繪、影像圖像控點測量中得到廣泛應用，改變了傳統的GPS測量作業模式，極大地提高了測繪工作的效率，在城市測繪中也得到越來越多的應用。

二、CORS簡介

1. CORS的定義。衛星定位連續運行參考站網( Continuously Operating Reference Stations，CORS) 是一種將GNSS 導航定位技術、現代通訊技術、計算機技術、測繪技術等多種技術集成在一起的實用性網絡系統，能提供移動定位、動態連續的空間框架等空間位置信息服務。

2. 系統組成。連續運行參考站系統可以定義為一個或若干個固定的、連續運行的GPS參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN／WAN)技術組成的網絡系統，能夠實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供不同類型的GPS觀測值、各種改正數、狀態信息以及其他有關GPS的服務項目。

3. CORS技術分類。CORS技術目前在技術算法上分成VRS、FTK和主輔站技術3類。與常規RTK不同，在VRS網絡中，各固定參考站不直接向移動用戶發送任何改正信息，而是將所有的原始數據通過數據通訊線發送給控制中心。移動用戶在工作前，先通過GSM短信息功能向控制中心發送一個概略坐標，控制中心收到這個位置信息后，根據用戶位置，由計算機自動選擇最佳固定基準站，根據基準站發來的信息，整體改正GPS的軌道誤差和電離層、對流層以及大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發送給移動站。

三、建立CORS的必要性和意義

1. 提高測繪精度、速度與效率。CORS的建立可以大大提高測繪精度、速度與效率, 降低測繪勞動強度和成本, 省去測量標志的保護與維修費用，節省各項測繪工程實施過程中約30% 的控制測量費用。隨著CORS基站的建設和連續運行，能夠形成一個以永久基站為控制點的網絡，所以，可以利用已建成的CORS網絡系統對外開放使用，收取相應的費用。

2. 進行快速預報。CORS的建立可以對工程建設進行實時、有效、長期的變形監測, 對災害進行快速預報。CORS項目的完成將為城市諸多領域如氣象、車船導航定位、物體跟蹤、公安消防、測繪、GIS應用等提供精度達厘米級的動態實時GPS 定位服務, 將極大地加快城市基礎地理信息系統的建設。

3. 實現真正的城市數字化。CORS將是城市信息化的重要組成部分,并由此建立城市空間基礎設施的三維、動態的地心坐標參考框架,從而能夠在實時的空間位置信息面上實現真正的城市數字化。

四、CORS工作原理

采用精密星歷和精密鐘差，采集距離最近的3個參考站的同步觀測值進行差分處理，為每個三角形產生一組區域改正參數，通過三角網模擬出該區域內的綜合誤差改正模型。利用多個基準站觀測數據對電離層、對流層、軌道誤差等綜合誤差模型進行優化，同時連續監控參考站數據的完整性。工作時，流動站需要把它的點位信息(GGA數據)，通過GPRS、CDMA等類型的雙向數據通訊裝置發送給中央控制站。系統根據流動站位置模擬出該點的綜合誤差，通過正常的RTCM數據將信息發送給流動站，流動站再利用誤差改正雙差觀測值進行常規RTK定位。

五、CORS系統結構及作業流程

1. 系統原理。連續運行參考站系統建立在GPS硬件等技術平臺之上，它將尖端科技領域的衛星定位技術、地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發技術有機結合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實時的測量服務。

2. 系統作業流程。基準站通過連續不間斷的觀測GPS衛星信號，獲取該地區和該時間段的局域精密星歷及其他改正參數，按照用戶要求把靜態數據打包存儲并把基準站的衛星信息發送至服務器GPS軟件上的指定位置。

用戶單元接收到定位衛星傳來的信號，解算出地理位置坐標。用戶單元的數據通訊模塊通過局域網從服務器的指定位置獲取基準站提供的差分信息，之后輸入用戶單元GPS的OEM板中進行差分解算。用戶單元在野外完成靜態測量后，可以從基準站軟件中下載同步時間的靜態數據，以進行基線聯合解算。

六、幾種GPS測量方法

1. 靜態GPS測量。靜態GPS測量即載波相位靜態相對定位法，目前普遍應用在各個工程項目控制網的觀測中，也是最基本的GPS技術，它測設精度高，但是觀測時間較長。

2. GPSRTK技術。GPSRTK技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它是利用2臺以上GPS接收機同時接收衛星信號，其中1臺安置在已知坐標點上作為基準站，另外的接收機用來測定未知點坐標。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息傳送給流動站，流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級的定位結果。該技術定位速度快、精度高，在平原地區或信號好的地區應用廣泛。

3. 快速靜態GPS測量法。快速靜態GPS測量法是一種新型測量方法，它的優點在于架設時間短，最少只需10min，觀測速度快、工作效率高，且流動站移動時不必保持對觀測衛星的連續跟蹤，測量精度比RTK高，而且在困難地區，比如，高山地區的測設中，快速靜態GPS測量法具有其他方法不可比擬的優勢。

4. 網絡GPS（CORS）測量法。網絡GPS（CORS）測量法的作業方法與GPSRTK基本相同，不同之處在于數據鏈連接，它的數據鏈連接不是靠電臺的無線電，而是靠無線網絡信號連接。在開封市，移動聯通發射塔已經能夠完全覆蓋整個測區，所以不存在數據鏈在無信號情況下斷開的情況。

七、應用實例

以測量市區影像圖像控點為例，如果按照傳統的GPS測量方法，需每天架設基站，另需專人看管，更換基站位置時還需檢校其他控制點，并且電臺覆蓋距離較短，這些都是傳統GPS測量方法的弊端。而采用CORS系統，僅需一人手持GPS流動站，即可在市區內任意采集像控點坐標，省時省力，極大地提高了工作效率。

CORS系統的出現將使開封地區的所有測繪工作成為一個有機整體，結束了以前GPS作業系統單打獨斗的局面。與傳統RTK測量作業方式相比，其主要優勢體現在以下幾個方面。

1. 為城市測繪工作提供了一個統一的基準，能夠從根本上解決不同行業、不同部門之間坐標系統的差異問題。

2. GPS的有效服務范圍得到了極大擴展。

3. 采用連續基站，用戶可以隨時觀測，提高了工作效率。

4. 擁有完善的數據監控系統，由于消除或削弱了各種系統誤差的影響，還可獲得高精度和高可靠性的定位結果。

5. 用戶不需架設參考站，真正實現了單機作業，減少了費用。

6. 使用固定可靠的數據鏈通訊方式，減少了噪聲干擾。

八、精度分析

為了比較精度，我們使用靜態GPS測量了其中一部分像控點進行比較，精度如表1所示。

表1 精度分析

根據《城市測量規范》的要求，像控點的點位誤差不得大于圖上±0.1mm，高程誤差不得大于測圖基本等高距的1/10。根據表1，最大DX=0.065、最大DY=0.051、最大DH=0.05，因此只要采用正確的測量作業方法，利用網絡GPS測設像控點的質量完全符合規范要求。