基于貴陽CORS的線路工程測(cè)量技術(shù)研究

王彬++婁忠軍

摘 要：本文以基于CORS的線路工程測(cè)量為研究對(duì)象，以貴陽某排污管道工程為研究背景，論文首先簡要介紹了貴陽CORS系統(tǒng)的構(gòu)成及優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而分析了貴陽CORS在排污管道測(cè)量中的應(yīng)用模式，在此基礎(chǔ)上，論文探討了作業(yè)實(shí)施方法及測(cè)量結(jié)果，最后進(jìn)行了誤差分析，通過對(duì)比采用貴陽CORS系統(tǒng)和常規(guī)測(cè)量方式兩種方法得出的數(shù)據(jù)精度，總結(jié)出了貴陽CORS系統(tǒng)的優(yōu)、缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：貴陽CORS 常規(guī)測(cè)量 管道 線路測(cè)量 誤差分析

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（b）-0044-02

1 貴陽CORS系統(tǒng)基本組成

貴陽CORS系統(tǒng)由5個(gè)基站、數(shù)據(jù)中心組成，5個(gè)基站分別為：金陽、清鎮(zhèn)、青巖、修文、開陽，通過專用電信光纖與中央機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)中心通過相關(guān)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)差分計(jì)算，同時(shí)向外發(fā)布差分?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠提供貴陽城市獨(dú)立坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000坐標(biāo)系等平面坐標(biāo)系統(tǒng)及1985高程基準(zhǔn)。

2 貴陽CORS在排污管道測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 工程概況

排污管道全長78 km。線路沿線穿越大量高速公路、河流、鐵路和沼澤地。該工程采用1980西安坐標(biāo)系和1985國家高程基準(zhǔn)，主要工作是線路控制測(cè)量、中線測(cè)量、碎部測(cè)量和縱斷面測(cè)量。

2.2 貴陽CORS在排污管道測(cè)量中的應(yīng)用模式

2.2.1 貴陽CORS在線路控制測(cè)量上的應(yīng)用

在本工程的控制測(cè)量中，應(yīng)用8臺(tái)Trimble R8 GNSS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，每隔5 km布設(shè)一對(duì)控制點(diǎn)，共布設(shè)34個(gè)控制點(diǎn)，且沿途聯(lián)測(cè)了5個(gè)C級(jí)國家控制點(diǎn)，形成了39個(gè)控制點(diǎn)的GPS網(wǎng)。GPS靜態(tài)觀測(cè)滿足技術(shù)規(guī)定，每個(gè)控制點(diǎn)觀測(cè)不少于60 min。同時(shí)，我們下載了附近可以利用的4個(gè)貴陽CORS系統(tǒng)參考點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將這4個(gè)參考站數(shù)據(jù)加入GPS網(wǎng)進(jìn)行解算。解算時(shí)，我們采用了兩種方法，即只有4個(gè)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)作為起算數(shù)據(jù)和只有5個(gè)C級(jí)國家點(diǎn)數(shù)據(jù)作為起算數(shù)據(jù)。

經(jīng)過兩次GPS網(wǎng)解算，我們對(duì)解算出的34個(gè)控制點(diǎn)成果做了比較，發(fā)現(xiàn)利用貴陽CORS系統(tǒng)直接解算出來的控制點(diǎn)成果只比傳統(tǒng)靜態(tài)測(cè)量結(jié)果平面差不到2.5 cm，高程差不到3 cm，滿足《管道工程測(cè)量規(guī)范》及本項(xiàng)目設(shè)計(jì)書的相關(guān)要求。

2.2.2 貴陽CORS在中線測(cè)量上的應(yīng)用

線路中線測(cè)量全部采用貴陽CORS系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量，其中局部衛(wèi)星信號(hào)遮擋較為嚴(yán)重地區(qū)采用全站儀補(bǔ)測(cè)。所有中線樁數(shù)據(jù)采集后，整理成為貴陽CORS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的特定格式，然后利用貴陽CORS中心的在線轉(zhuǎn)換服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行CGCS2000坐標(biāo)系到線1980坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，同時(shí)得到1985國家高程。

2.2.3 貴陽CORS在碎部測(cè)量和縱斷面測(cè)量上的應(yīng)用

碎部測(cè)量和斷面測(cè)量主要就是利用貴陽CORS系統(tǒng)采集線路沿線的地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。貴州CORS系統(tǒng)所提供的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在線路測(cè)量中能很好的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，只要網(wǎng)絡(luò)信號(hào)好，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)比傳統(tǒng)測(cè)量要方便、快捷。

在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)很差，衛(wèi)星信號(hào)遮擋嚴(yán)重地區(qū)采用全站儀補(bǔ)測(cè)，同時(shí)，我們也刻意對(duì)部分利用RTK測(cè)定的中線樁和RTK所做的控制點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)測(cè)工作，抽查的中線樁和RTK所做的控制點(diǎn)分布在各個(gè)不同區(qū)段，使復(fù)測(cè)點(diǎn)盡量均勻分布在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，然后對(duì)兩次測(cè)得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便對(duì)CORS測(cè)量成果進(jìn)行精度及可靠性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如下表1所示（該表為在所有的復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)中隨機(jī)選取了20個(gè)復(fù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比較）。從中可以看出，中線樁成果及控制點(diǎn)相差很少，進(jìn)一步說明了貴陽CORS系統(tǒng)測(cè)量成果的正確性和可靠性。

2.3 作業(yè)實(shí)施

在貴陽CORS下用RTK進(jìn)行控制測(cè)量，控制點(diǎn)點(diǎn)位的選取比較隨意，靈活性比較大，站與站之間不要求通視，僅限于手機(jī)和衛(wèi)星信號(hào)是否處于良好的狀態(tài)，而不必考慮信號(hào)如何收發(fā)；測(cè)區(qū)水稻田居多，因此點(diǎn)位的布設(shè)要考慮到農(nóng)民耕種對(duì)點(diǎn)位的破壞；另外測(cè)區(qū)多湖泊和河流，布設(shè)的控制點(diǎn)應(yīng)盡量的遠(yuǎn)離，以避免多路徑效應(yīng)的影響。為能夠使控制點(diǎn)長期保存，在點(diǎn)位布設(shè)是盡量離開測(cè)區(qū)管線50 m以上，利用貴州特有的地貌，點(diǎn)位盡量選取在生根巖石上，布設(shè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范》。

采用貴陽CORS提供的精密差分信息形式進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)測(cè)站嚴(yán)密對(duì)中、整平，并固定RTK天線高。啟動(dòng)RTK后，使用專用功能鍵盤和菜單，查看測(cè)站信息、接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、測(cè)量誤差等實(shí)時(shí)定位的結(jié)果及收斂值、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄和電源情況，并認(rèn)真做好記錄。原則上要求以使RTK手簿上顯示滿足測(cè)量要求的固定解，開始記錄數(shù)據(jù)，實(shí)際操作過程中盡量的延長觀測(cè)時(shí)間，以便獲得更精確的坐標(biāo)值。

2.4 誤差分析

2.4.1 CORS接收機(jī)誤差

CORS系統(tǒng)是由若干臺(tái)GPS接收機(jī)連續(xù)不斷地運(yùn)行，采集GPS原始數(shù)據(jù)，輸出RTK/DGPS數(shù)據(jù)，再傳送給GIS/GPS導(dǎo)航用戶。其誤差來源主要是三大部分，即：與GPS衛(wèi)星有關(guān)的衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差及相對(duì)論效應(yīng)；與信號(hào)傳播有關(guān)的電離層折射延遲、對(duì)流層折射誤差以及多路徑誤差；與GPS接收機(jī)有關(guān)的接收機(jī)鐘差、接收機(jī)位置誤差等等。GPS的誤差源在空間和時(shí)間上是高度相關(guān)的，差分GPS原理能夠使用這些相關(guān)性來改善整個(gè)GPS系統(tǒng)的性能，可以減少或者消除衛(wèi)星誤差、接收機(jī)鐘差、星歷誤差、大氣折射誤差等，同時(shí)CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心能夠根據(jù)基準(zhǔn)站的觀測(cè)值，建立整個(gè)區(qū)域內(nèi)GPS測(cè)量的主要誤差模型（如電離層折射誤差模型、對(duì)流層折射誤差模型和衛(wèi)星軌道誤差模型等），并將這些誤差從觀測(cè)數(shù)據(jù)中減去，形成“無誤差”的觀測(cè)值。

2.4.2 RTK 測(cè)量誤差endprint

RTK 作業(yè)的時(shí)候要嚴(yán)格的控制 PDOP<6，衛(wèi)星數(shù)>6的時(shí)間窗口，這個(gè)時(shí)間段測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)是最佳的。接收機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)該通過菜單及時(shí)查看測(cè)站信息：接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、相位測(cè)量殘差實(shí)時(shí)定位的結(jié)果及收斂值、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄和電源情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料情況，并及時(shí)作出相應(yīng)處理。在 CORS系統(tǒng)下作業(yè)RTK的用戶，CORS系統(tǒng)已建立覆蓋區(qū)域電離層的誤差模型，并隨差分信號(hào)發(fā)送到流動(dòng)站，消除電離層誤差，使得 RTK 的作業(yè)范圍和精度就能夠大大的改善。

2.4.3 RTK數(shù)據(jù)通訊誤差

數(shù)據(jù)通訊誤差包括：有線通訊線路信號(hào)的衰減和無線通訊信號(hào)的流失和誤碼。數(shù)據(jù)通訊中一般采用標(biāo)準(zhǔn)電纜來連接天線和接收機(jī)，但是隨著電纜的增長，就必須采用天線信號(hào)放大器來減少信號(hào)的衰減了，否則就會(huì)影響接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的能力，從而降低了定位精度，所以工作中一般采用幀中繼（FR）和光纖的混合通訊，且電纜的長度不會(huì)超過30m。在無線通訊中，通常采用GSM、GPRS、CDMA和TDMA的上網(wǎng)功能，采用這種無線的通訊方式不僅用戶數(shù)不受限制，而且它不會(huì)降低RTK的定位精度，傳送、接收RTK數(shù)據(jù)無距離限制，且一般不會(huì)受到干擾。

3 結(jié)語

長期以來，我們的測(cè)量工作只是局限于經(jīng)緯儀、全站儀、常規(guī)RTK作業(yè)方式。這樣的作業(yè)方式突出的特點(diǎn)是：作業(yè)效率不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、而且精度和可靠性差。即使是1個(gè)基準(zhǔn)站+N個(gè)移動(dòng)站的 RTK 作業(yè)模式，也會(huì)受到作業(yè)距離的限制，需要頻繁的架設(shè)基準(zhǔn)站，并且隨著距離的增加其精度和可靠性也在逐步降低和衰減，對(duì)于一個(gè)較大的測(cè)區(qū)，其勞動(dòng)強(qiáng)度和工作效率是可想而知的。而CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑是一個(gè)革命性的技術(shù)，在一個(gè)地區(qū)甚至一個(gè)國家，只需要架設(shè)幾個(gè)或者幾十個(gè)上百個(gè)永久的基準(zhǔn)站，就能覆蓋一個(gè)比較大的區(qū)域，那么下次出去做外業(yè)測(cè)量就不用再架設(shè)基準(zhǔn)站了。

本文深刻闡述了CORS系統(tǒng)的功能和作業(yè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用該方法對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量工作模式帶來巨大的沖擊，極大的提高了野外作業(yè)的精度和效率。同時(shí)從多方面、多角度對(duì)CORS下作業(yè)方式可能產(chǎn)生的誤差做了全面的分析研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖建華，李江衛(wèi)，嚴(yán)小平.貴州CORS建設(shè)的構(gòu)想與建議[J].地理空間信息，2009（1）：15-17.

[2] 張建仁，楊蜀江，姜殿惠，等.貴州省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)[J].地理空間信息，2012（2）：29-31.endprint

RTK 作業(yè)的時(shí)候要嚴(yán)格的控制 PDOP<6，衛(wèi)星數(shù)>6的時(shí)間窗口，這個(gè)時(shí)間段測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)是最佳的。接收機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)該通過菜單及時(shí)查看測(cè)站信息：接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、相位測(cè)量殘差實(shí)時(shí)定位的結(jié)果及收斂值、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄和電源情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料情況，并及時(shí)作出相應(yīng)處理。在 CORS系統(tǒng)下作業(yè)RTK的用戶，CORS系統(tǒng)已建立覆蓋區(qū)域電離層的誤差模型，并隨差分信號(hào)發(fā)送到流動(dòng)站，消除電離層誤差，使得 RTK 的作業(yè)范圍和精度就能夠大大的改善。

2.4.3 RTK數(shù)據(jù)通訊誤差

數(shù)據(jù)通訊誤差包括：有線通訊線路信號(hào)的衰減和無線通訊信號(hào)的流失和誤碼。數(shù)據(jù)通訊中一般采用標(biāo)準(zhǔn)電纜來連接天線和接收機(jī)，但是隨著電纜的增長，就必須采用天線信號(hào)放大器來減少信號(hào)的衰減了，否則就會(huì)影響接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的能力，從而降低了定位精度，所以工作中一般采用幀中繼（FR）和光纖的混合通訊，且電纜的長度不會(huì)超過30m。在無線通訊中，通常采用GSM、GPRS、CDMA和TDMA的上網(wǎng)功能，采用這種無線的通訊方式不僅用戶數(shù)不受限制，而且它不會(huì)降低RTK的定位精度，傳送、接收RTK數(shù)據(jù)無距離限制，且一般不會(huì)受到干擾。

3 結(jié)語

長期以來，我們的測(cè)量工作只是局限于經(jīng)緯儀、全站儀、常規(guī)RTK作業(yè)方式。這樣的作業(yè)方式突出的特點(diǎn)是：作業(yè)效率不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、而且精度和可靠性差。即使是1個(gè)基準(zhǔn)站+N個(gè)移動(dòng)站的 RTK 作業(yè)模式，也會(huì)受到作業(yè)距離的限制，需要頻繁的架設(shè)基準(zhǔn)站，并且隨著距離的增加其精度和可靠性也在逐步降低和衰減，對(duì)于一個(gè)較大的測(cè)區(qū)，其勞動(dòng)強(qiáng)度和工作效率是可想而知的。而CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑是一個(gè)革命性的技術(shù)，在一個(gè)地區(qū)甚至一個(gè)國家，只需要架設(shè)幾個(gè)或者幾十個(gè)上百個(gè)永久的基準(zhǔn)站，就能覆蓋一個(gè)比較大的區(qū)域，那么下次出去做外業(yè)測(cè)量就不用再架設(shè)基準(zhǔn)站了。

本文深刻闡述了CORS系統(tǒng)的功能和作業(yè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用該方法對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量工作模式帶來巨大的沖擊，極大的提高了野外作業(yè)的精度和效率。同時(shí)從多方面、多角度對(duì)CORS下作業(yè)方式可能產(chǎn)生的誤差做了全面的分析研究。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張建仁，楊蜀江，姜殿惠，等.貴州省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)[J].地理空間信息，2012（2）：29-31.endprint

RTK 作業(yè)的時(shí)候要嚴(yán)格的控制 PDOP<6，衛(wèi)星數(shù)>6的時(shí)間窗口，這個(gè)時(shí)間段測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)是最佳的。接收機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)該通過菜單及時(shí)查看測(cè)站信息：接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號(hào)、衛(wèi)星健康狀況、各衛(wèi)星信噪比、相位測(cè)量殘差實(shí)時(shí)定位的結(jié)果及收斂值、存儲(chǔ)介質(zhì)記錄和電源情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料情況，并及時(shí)作出相應(yīng)處理。在 CORS系統(tǒng)下作業(yè)RTK的用戶，CORS系統(tǒng)已建立覆蓋區(qū)域電離層的誤差模型，并隨差分信號(hào)發(fā)送到流動(dòng)站，消除電離層誤差，使得 RTK 的作業(yè)范圍和精度就能夠大大的改善。

2.4.3 RTK數(shù)據(jù)通訊誤差

數(shù)據(jù)通訊誤差包括：有線通訊線路信號(hào)的衰減和無線通訊信號(hào)的流失和誤碼。數(shù)據(jù)通訊中一般采用標(biāo)準(zhǔn)電纜來連接天線和接收機(jī)，但是隨著電纜的增長，就必須采用天線信號(hào)放大器來減少信號(hào)的衰減了，否則就會(huì)影響接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的能力，從而降低了定位精度，所以工作中一般采用幀中繼（FR）和光纖的混合通訊，且電纜的長度不會(huì)超過30m。在無線通訊中，通常采用GSM、GPRS、CDMA和TDMA的上網(wǎng)功能，采用這種無線的通訊方式不僅用戶數(shù)不受限制，而且它不會(huì)降低RTK的定位精度，傳送、接收RTK數(shù)據(jù)無距離限制，且一般不會(huì)受到干擾。

3 結(jié)語

長期以來，我們的測(cè)量工作只是局限于經(jīng)緯儀、全站儀、常規(guī)RTK作業(yè)方式。這樣的作業(yè)方式突出的特點(diǎn)是：作業(yè)效率不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、而且精度和可靠性差。即使是1個(gè)基準(zhǔn)站+N個(gè)移動(dòng)站的 RTK 作業(yè)模式，也會(huì)受到作業(yè)距離的限制，需要頻繁的架設(shè)基準(zhǔn)站，并且隨著距離的增加其精度和可靠性也在逐步降低和衰減，對(duì)于一個(gè)較大的測(cè)區(qū)，其勞動(dòng)強(qiáng)度和工作效率是可想而知的。而CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑是一個(gè)革命性的技術(shù)，在一個(gè)地區(qū)甚至一個(gè)國家，只需要架設(shè)幾個(gè)或者幾十個(gè)上百個(gè)永久的基準(zhǔn)站，就能覆蓋一個(gè)比較大的區(qū)域，那么下次出去做外業(yè)測(cè)量就不用再架設(shè)基準(zhǔn)站了。

本文深刻闡述了CORS系統(tǒng)的功能和作業(yè)優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用該方法對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量工作模式帶來巨大的沖擊，極大的提高了野外作業(yè)的精度和效率。同時(shí)從多方面、多角度對(duì)CORS下作業(yè)方式可能產(chǎn)生的誤差做了全面的分析研究。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張建仁，楊蜀江，姜殿惠，等.貴州省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)[J].地理空間信息，2012（2）：29-31.endprint