應用閬中CORS的工程測量案例分析

侯國

摘 要：本文基于筆者多年從事城市工程測量的相關工作經驗，以某1∶500測量任務為工程背景，探討了基于CORS系統的RTK測量誤差的來源、質量控制的方法與精度分析評價，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：CORS系統 RTK作業 質量控制 精度分析

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0059-02

閬中市連續運行衛星定位城市測量綜合服務系統建設完成后開始在城市測量中進行試運行作業。在CORS系統中流動站測量點位精度受到衛星分布、電離層干擾、基準站數據等多因素的影響，相比于常規光電測量方法、靜態GPS測量，更加具有質量控制不確定性。現行的城市測量規范或者是國家全球定位系統等各類技術規程，對于RTK測量尤其是CORS RTK測量質量控制問題缺乏可循條文。筆者所在單位總結外業測量隊近幾年的RTK作業經驗，以及CORS系統建設完成后，在CORS系統中進行了一年作業檢測，在作業部門試行了一套較為有效的質量控制方法。我們采用這套質量控制方法，在城市CORS RTK測量中進行質量管理取得了很好的效果。

1 CORS系統中RTK作業誤差的影響因素

在CORS系統中影響RTK實時定位測量精度的可能因素有測站衛星分布情況（可用衛星數和衛星天空幾何分布）、通信質量狀況（是否收到VRS改正信息）、系統定位算法的優劣等。

1.1 系統處理軟件算法的優劣

CORS系統中有幾大網絡誤差算法，主要代表是Trimble公司的VRS（虛擬參考站）技術，Leica公司的主副站技術以及武漢大學的網絡綜合誤差內插法。這幾個算法各有其特點，并且都有成功應用案例，尤其是VRS技術和主副站技術已經在世界多個城市、地區級網絡建設中得到普及應用。不論哪種CORS算法，它們都是采用同一種思想，就是將全網架設的所有基準站的數據發送到一個數據處理中心，經過解算，然后統一發送改正數據。

1.2 GPS衛星誤差影響

同靜態GPS觀測、常規RTK作業一樣，CORS中RTK作業也受到GPS衛星的各項誤差影響，有GPS衛星信號傳輸上產生的對流層、電離層以及多路徑影響，也有因為RTK作業時上空收到的GPS衛星分布以及衛星數目的影響，而且衛星分布與衛星數目對于這種瞬時的RTK作業來說，產生的影響更大于靜態GPS觀測。在同個測量點因為不同觀測時刻衛星分布產生的測量結果較差最大可以達到分米級。所以選擇良好的觀測時段、衛星觀測窗口尤為重要。

1.3 數據通信質量的好壞

CORS中的數據通信鏈路包括兩方面，一是基準站到數據中心的數據傳輸；另一個就是數據中心到RTK用戶的無線數據傳輸鏈路。基準站到數據中心的數據傳輸量大，一般采用專線或者數字電路等方式，對于數據傳輸速度和穩定性要求非常高，VRS數據處理軟件要求基準站到數據中心的網絡延時要小于200 ms。在CORS中，基準站數據通信租用光纖專線。數據中心將網絡差分改正數據發送回用戶采用無線通信方式，無線通信的質量會很大影響中心的數據能否及時、可靠地傳輸給用戶。目前較為理想的無線通信方式有GPRS和CDMA，但在移動或者聯通個別信號基站覆蓋薄弱地區，都會使得CORS中RTK作業無法進行。從這個角度來看，CORS網絡的應用很大程度上還依賴于通信網絡信號的發展、普及程度，我們可以預想隨著3G技術的到來，會打開這個瓶頸。

2 質量控制方法

在常規邊角控制網中，我們使用測邊、測角中誤差、邊長相對中誤差以及環線、附和線路閉合差等進行質量檢驗。靜態GPS控制網可以從環閉合差、點位中誤差、基線相對精度來對GPS控制網進行檢定。CORS系統中流動站測量的控制點具有相對的獨立性，和網絡基準站的關系是非線性的，使得測量工作中，如何控制測量精度具有難度。在CORS系統中RTK作業的質量控制主要從CORS系統設置、作業方法、輔助觀測方法檢測3個部分進行。CORS系統設置主要利用CORS數據中心管理軟件以及系統監控站進行。

2.1 CORS系統設置進行系統運行可靠性監測

在CORS網絡覆蓋區域內建設一個永久性流動站，監控系統的運算可靠性。監控站設在數據中心大樓頂，便于和數據中心有線連接。監控站設備為一臺Trimble R7流動站儀器。大樓天面的觀測墩上安置Trimble zephyr Geodetic天線，天線通過線纜接入到擱置在數據中心接收機數據端口。數據中心管理軟件設置一個COM口輸出的RTCM差分數據發生器，差分數據通過線纜直接接入到接收機的Port3口，RTK手簿控制接收機的作業狀態，接收機主機的Port2口設置為輸出NMEA格式的定位坐標到計算機，計算機的監控分析軟件實時跟蹤分析監控站的差分定位結果，當監控站定位結果超過限差值時自動發出報警信號。

2.2 CORS RTK作業方法控制

CORS系統中可以改進RTK作業方法來提高RTK作業精度。通過大量的測量數據表明，RTK作業過程中通過優化作業過程，可以適時發現儀器擺設、接收機整周模糊度解算錯誤以及電離層誤差等影響。采用的優化作業方法有以下幾點。

（1）閬中區處于低緯度電離層活躍帶，尤其夏秋季節因電離層擾動頻繁嚴重影響RTK實時作業精度。觀察CORS系統管理軟件中對網絡電離層影響跟蹤分析圖，避開電離層影響峰值時段。（2）在RTK控制點測量模式下，我們要求測量員擺設腳架，基座對中整平，減少因RTK對中桿傾斜造成的儀器對中誤差。（3）上點測量時，先進行整周模糊度首次解算，不記錄該次固定解結果，手簿記錄第二次固定解的結果，避免剛上點時固定解解算的整周模糊度錯誤。記錄連續2次重新初始化后的固定解值，根據CORS系統2012年9～11月份大量測試數據論證，同時段2次觀測值較差應該達到平面≤±3 cm，高程較差≤±4 cm，超出較差的點需要重新觀測檢核，取2次測量控制點平均值作為結果。（4）每個測量點進行連續2次以上的固定解測量，并且選擇50%以上的RTK點，間隔4 h以上重復上點測量，避免因衛星分布、衛星觀測數目等因素造成的影響，重復測量與上個時段測量的較差平面≤±5 cm，高程較差≤±7 cm。

2.3 輔助觀測手段進行檢測

在城市測量中，RTK控制點很大程度是為滿足圖根導線布設需要，所以在應用中，我們建議采用全站儀作為RTK測量結果檢測的輔助觀測手段進行。全站儀觀測RTK對點的邊長、高差以及3個點以上互為通視時的夾角。成對布設的控制點作為起算點時需要使用全站儀進行邊長和高差檢核，根據《城市測量規范》中一級圖根控制點要求，邊長相對誤差較差≤±1/5000，檢測高差與CORS測設較差≤±0.4×5 m（5為觀測斜距，單位為千米），3個以上點需要檢測角度較差，角度較差≤±60″。

3 測量結果分析

3.1 監測站監測結果分析

監測站24 h連續進行實時RTK測量，測量的時間間隔為5 s，記錄RTK結果值，由監測站的已知坐標，計算各個歷元定位結果的誤差值，以系統設計平面3 cm精度、高程5 cm精度作為限差，統計誤差值超過限差的定位坐標個數，計算超限定位觀測數量占全部觀測數量的百分比。

將記錄數據進行圖上展點，可以得到圖l所示的記錄點分布示意圖。以已知點位為圓心，作半徑為3 cm的圓形，可以發現記錄點位匯集在圓心位置。

按照<0.010 m、0.010～0.030 m、0.030～0.050 m、>0.050 m等區間對定位結果進行統計，結果表明，約96.8%的平面偏差小于0.030 m，約95.1%點位的垂直偏差小于0.050 m。基本滿足全天RTK作業可用性為95%的指標要求。

3.2 RTK作業結果分析

測量作業隊于2012年9～11月份采用CORS RTK作業方式完成了7 km2的1∶500數字化地形圖控制點測量任務，共測量一級圖根控制點105點，統計分析圖根控制點的二次測量較差、全站儀檢測邊長、高差、角度等較差，從比較的結果來看，采用的質量控制措施可以保證RTK作業的點位精度。

（1）在該次作業中，我們檢測了10%數量的已知點，比對RTK測量結果和已知點的較差，依舊采用靜態GPS測量或者導線測量得到的坐標值作為已知值，平面較差中誤差統計公式為：，高程較差中誤差統計公式為：：控制點觀測結果與已知值較差，凡為統計點個數，統計較差中誤差如表1。

（2）RTK控制點中選取了50%以上的測量點進行了多時段的重復測量，比較重復測量結果，平面較差中誤差統計公式為：，高程較差中誤差統計公式為：，△′為RTK控制點間隔時段觀測結果與首次測量結果較差。統計所有重復測量檢測較差中誤差得平面較差中誤差為±0.012 m，高程較差±0.014 m。由RTK點較差比較結果得到平面較差最大為0.033 m，高程較差最大為0.038 m，全部小于質量控制較差的限值。

（3）采用全站儀觀測作為輔助檢測手段，分析檢測邊長j高差、角度3項的中誤差及最大較差值，全站儀共檢測邊長85條，高差85個，角度23個，以中誤差統計公式計算各項檢核中誤差，△′為RTK測量點對計算邊長、高程較差及3個以上點夾角與利用全站儀觀測得到的邊長、高差、角度比較差值，從檢測比較的結果來看，CORS RTK測量點可以達到一級圖根控制點的精度要求。

4 結語

CORS中RTK作業精度受到多方面因素的影響，為了確保實時測量點位精度，我院采用了多方面措施完善系統作業。系統監控站可以實時監控系統的算法可靠性，監控站的監測結果說明系統長時間的差分處理是穩定可靠的；野外作業采用更為合理的作業手段，減少因衛星分布、通信延時、電離層影響等因素產生的精度損耗；采用全站儀的輔助手段也是為了進一步檢測測量結果的可靠性。如此種種手段，會增加一定程度的作業量，但是CORS RTK作業是一種新見的作業方式，是測量手段的一次巨大變革，在相應的規程確定前，我們采用的質量控制方法確保了實時測量點位的精度。

參考文獻

[1]戴建清.GPS差分定位技術在工程測量中的應用[J].科技資訊，2007（3）：23-24.

[2]杜國慶，龔越新.JSCORS的基準站分布設計與試驗[J].科技創新導報，2007（3）：17-19.

[3]馮寶紅，鄭小元，王慶，等.RTK技術在土地變更調查中的應用研究[J].測控技術，2003.