HeNCORS系統在水利工程測量中的應用

商治河

(河南省水利勘測有限公司 河南 鄭州 450003)

0 引言

連續運行參考站系統 (Continuously Operating Reference Stations，CORS)是集成了衛星定位（GPS、GLONASS、COMPASS、GALILEO等）、通訊、有線及無線網絡和氣象采集等技術，是一個不間斷地面信息源采集系統，是坐標框架建設和維持的主要技術手段和基礎設施。CORS系統可以定義為一個或若干個固定的、連續運行的GPS基準參考站，利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN/WAN)技術組成的網絡，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位，偽距)、各種改正數、狀態信息，以及其他有關GPS服務項目的系統。

傳統的GPS RTK測量技術需要測區附近控制點點位數據，需要專門架設基準站，而且基準站的RTK改正數只在基準站有效距離內才有效，作業范圍受到一定的距離限制。而CORS將網絡化概念引入到了大地測量應用中，CORS信號來自遍布全省各地的基準參考站。網絡RTK使用了一組覆蓋大面積的參考站所提供的改正數信息，增大了覆蓋范圍、最佳的可靠性、更快捷的流動站的初始化、均質的高精度、更高的生產率。CORS集成了衛星導航定位、數字通訊、網絡等技術，形成了一個不間斷的地面信息采集系統。CORS基準站在接收了多顆衛星數據后，將數據通過網絡技術傳輸到控制中心。控制中心對這些數據進行預處理，去掉一些所謂的壞數據，并比照全球衛星導航系統所提供的星歷和衛星軌道數值轉化為定位導航數據，處理成終端用戶所支持的數據格式，再根據用戶的位置和具體要求，將相應精度數據發送到不同的簽約用戶終端。

1 HeNCORS系統基本概況

河南省連續運行參考站系統（Henan Provincial Continuously Operating Reference Stations，簡稱HeNCORS）項目是河南省測繪局“十一五”規劃及河南省測繪局發展規劃重點項目。該項目由河南省測繪工程院與河南省地質礦產勘查開發局聯合建設，武漢大學提供技術方案和數據處理服務，河南省氣象局和中國移動河南分公司協助建設，瑞士徠卡公司、美國天寶公司負責相應軟硬件、技術支持、咨詢和調試服務。

HeNCORS旨在河南省建立一個高精度、高效率、高覆蓋率的全球導航衛星系統（GNSS）綜合信息服務網，把GNSS這一高新技術綜合應用于河南省境內的大地測量、工程測量、氣象監測、地震監測、地面沉降監測以及城市地理信息系統等領域，同時兼顧公共定位服務，以滿足日益增長的城市綜合管理與現代化建設的需求。它是衛星導航定位技術、測繪學、氣象學、地理信息系統與現代通訊技術等的有機結合。HeNCORS不僅可以向不同測繪用戶提供高精度、連續的時間和空間基準，并可向其它專業用戶提供導航、時間、災害預報等領域提供各種數據服務。

圖1 HeNCORS系統站點分布圖

1.1 站點分布

HeNCORS系統2010年12月建成，在省內共建設56個連續運行參考站，覆蓋整個省域，參考站間距最長90km，最短10km，平均站間距離61km。站點分布如圖1。

1.2 系統組成

HeNCORS網絡是以控制中心為中心節點的遍布河南省的星型網絡。系統的網絡協議采用TCP／IP,服務器操作系統采用Window 2003 Server,工作站操作系統采用Window XP。HeNCORS系統由參考站子系統 （Reference Station Sub-System,RSS）、數據通訊子系統 （Data Communication Subystem,DCS）、控制中心（System Management Center,SMC）、數據分發系統 （Data Distribution System,DDS）、服務系統（User Services Sub-System,USS）組成，HeNCORS各個子系統組成如下圖(圖2)。

圖2 HeNCORS系統組成簡圖

表1

1.3 系統精度指標

HeNCORS系統技術主要包括定位和導航兩部分，如表1。

2 HeNCORS系統的運用

HeNCORS系統和RTK實時衛星定位系統原理一樣，利用GPS差分定位技術，獲取實時差分定位解。用戶須到CORS中心申請一個用戶賬號（用戶名），獲得一個CORS系統差分信息接收器，按流量繳納一定的網絡使用費，CORS系統差分信息接收器移動或聯通公司（GSM、GPRS、CDMA等）的系統差分信息。用戶配置一臺或多臺雙頻GPS衛星定位接收機，就能展開外業測量工作。

在不同水利工程測繪項目中，每個測量項目都要有一個測量坐標系統，由于HeNCORS系統提供的是WGS84坐標系，與測量項目實際坐標系不一致，所以要進行WGS84坐標與測量項目實際坐標（西安80坐標系、北京54坐標系、獨立坐標系等）之間進行轉換，也就是求出WGS84坐標與測量項目實際坐標的轉換參數。轉換參數常用7參數法，轉換參數的獲取常用以下兩種方法：

（1）測區內或周邊有多個國家高等級（D級以上GPS）控制點，控制點有精確WGS84坐標和相應的直角坐標成果，選擇分布均勻且能控制整個測區的4個以上控制點，在CORS流動站測量手薄中進行參數轉換，求得7參數。

（2）測區內或周邊控制點只有直角坐標成果。首先選擇分布均勻且能控制整個測區的4個以上控制點，利用CORS系統精確測量出各控制點的WGS84坐標，然后利用測量出

的各控制點的WGS84坐標匹配直角坐標成果，在CORS流動站測量手薄中進行參數轉換，求得7參數。

HeNCORS系統網絡RTK的實時測量精度能夠達到厘米級精度，可以在水利工程測量中廣泛應用。網絡RTK的測量方法已改以前傳統基準RTK作業模式，方便、及時快速的獲得測量點實時坐標。厘米級精度在水利工程中用于圖根控制測量、地形圖測繪、水下地形測量、河道縱橫斷面測量、工程施工放樣及竣工驗收測量等測量項目。CORS系統可以實時了解定位精度，同時在全天候作業、減少人力、節約成本、提高作業效率等方面有著先進的優越性。如河南省某配套輸水工程，在規劃設計階段，利用HeNCORS系統短期內完成了38條輸水線路820km1∶2000帶狀地形圖和圖根控制測量；在初設階段，又快速完成全部輸水線路的定線測量、縱橫斷面測量、征地范圍線測量等。

CORS提供的毫米級事后精密定位數據服務可以為大型水工建筑物（橋梁、堤壩、水庫、閘門等）的變形監測提供高精度參考基準，特別是要進行實時的安全監測和特殊時期（如汛期）進行連續不間斷的變形監測，CORS系統是實現重要水工建筑物安全監測的全自動化必不可少的基礎設施。

CORS提供的分米級和米級數據服務也可以用于水資源調查、水環境監測、水土保持監測和防汛應急指揮等。

3 HeNCORS系統應用的優點

CORS系統與常規的GPS RTK實時定位技術相比具有以下優勢∶

（1）用戶無需架設參考站，減少了架設參考站引起的系統誤差，并且節省了大量的時間，降低作業成本，提高工作效率。

（2）網絡RTK技術克服了常規RTK的局限性，擴展了RTK的作業半徑，在CORS系統覆蓋范圍內能夠得到均勻的精度，避免了常規RTK的誤差隨著作業距離的增大而增長的缺點。

（3）在CORS系統覆蓋的區域內，能夠實現測繪系統和定位精度的統一，便于測量成果的系統轉換和多用途處理。

4 HeNCORS系統應用的一些經驗

（1）在測量項目進行坐標轉換參數求取時，應盡量采用測區內能覆蓋整個測區且均勻分布的4個以上的已知點當進行坐標轉換后，坐標分量殘差應小于±2 cm，否則要用新的已知點進行重新轉換，直到坐標分量殘差符合要求。坐標轉換參數完成后，應對測區內其他未參加坐標轉換參數求取得已知點進行校核，檢驗利用CORS系統測出的坐標和已知點坐標比較是否在誤差允許范圍內。

（2）在外業測量時，網絡RTK接收機開機后長時間登陸不上CORS網絡，應關機后重新連接登陸CORS網絡，如果一直沒有網絡信號，應電話聯系CORS中心咨詢網絡運行情況。

（3）在遠離基準站或偏遠的測區，不能很好地接收到CORS信號，可以在WGS84坐標系統下進行靜態觀測，采集不少于10分鐘的觀測數據，發送給CORS中心，CORS中心可以事后精密定位數據處理，求出觀測點得精確坐標。這種測量方法對沒有已知點的偏遠的測量項目尤為重要，能快速解決測量控制點問題。

（4）和靜態GPS測量相比,網絡RTK測量相對而言容易出錯,必須加強質量控制，尤其在控制測量中應進行內部和外部的可靠性檢查，確保網絡RTK測量系統正常后再進行下一步的工作。

5 結語

CORS系統是目前國內乃至全世界GPS的最新技術和發展趨勢，國內多個省份和城市已經建立起完整的系統，并得到了廣泛的應用。HeNCORS系統的建立，為河南基礎測繪建立了平臺，實現了不同坐標系間的轉換，開創了一種新的測繪手段。HeNCORS系統將大大加速測量進入信息化、數字化和自動化的進程，使基礎測繪工作得以更快捷、更廣泛的形式開展，也必將在水利工程測量中得到更廣泛的應用。

［1］國家測繪局.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[S].北京：測繪出版社，2010.

［2］王軍見，吳孔軍，遠順立.基于CORS的地質信息連續采集運行系統的設計[J].科學技術與工程，2008，8(15)∶4284－4291.

［3］劉經南，劉暉.連續運行衛星定位服務系統：城市空間數據的基礎設施[J].武漢大學學報，2003（6）：259-264.

［4］陳俊勇，黨亞民.全球導航衛星系統的進展及建設CORS的思考[J].地理空間信息，2009，6.