單基站CORS的建設應用與管理

屈利娜

(湛江市規劃勘測設計院，廣東 湛江542002)

一、項目背景

CORS系統擁有覆蓋面廣、定位精度高、可靠性高、實時提供厘米級定位等特點，但由于受經濟和自然條件的限制，部分地區或城市在一定時間內還無法建立CORS系統，或因為地域方面的原因難以享受相應的便捷服務。單基站CORS是在結構和功能上簡化了的CORS系統，不僅建設費用少、技術成熟、安全穩定、可獨立使用，而且可以隨時升級并網為多基站連續運行基準站網系統，易于維護和管理，為諸多中小城市和大中型測繪工程單位所用，為其日常工作提供足夠精度的實時定位服務。

近年來，隨著大批重點項目的開展和建設，湛江市規劃系統所需的基礎測繪與國民經濟發展需求之間的矛盾日益顯現。常規的以電臺信號為依托的RTK測量有效作業距離短，信號易被建筑物遮擋，生產力低下，已無法滿足日常規劃測量工作需要。經過分析調研和實地論證，建設了院單基站CORS。作業人員只需單機作業，就能獲取更快速、精度更高的定位和更可靠的成果，同時作業范圍更大。

二、單基站CORS的建設

1．前期測試

為測試單基站CORS的可用性、作業范圍等指標，在基站建設前期進行了測試。

(1)作業距離測試

在系統測試期間，使用Trimble R4-3 GNSS接收機進行了單基站CORS作業距離測試。經過測試，在距離基準站約20 km的控制點處，流動站可以在20 s內得到高精度固定解。而在距離基準站32．8 km處，流動站在連接基站14 s后第一次獲取固定解(32．8 km的控制點觀測是在下午18:35分進行的，沿海地區下午衛星質量相對較差，第一次固定的精度不代表就是流動站可以達到的最佳精度)。證明了單基站CORS系統的作業半徑可達30 km甚至更遠，可以彌補常規RTK測量受距離限制的不足。

(2)測量精度測試

為了測試單基站CORS系統轉換參數的正確性及其測量精度，在測區內利用RTK技術對8個E級GPS點進行了測量。為了評價單基站CORS系統的精度，用外符合精度作為其精度評定準則。外符合精度由實際求解的GPS點坐標與已知的GPS點坐標較差計算得到，見表1。

表1 已知點精度檢核精度表

經統計，平面精度檢測結果為最大點位誤差4．3 cm，最小點位誤差1．3 cm;高程精度檢測結果為最大點位誤差4．7 cm，最小點位誤差為0。由此可知，在整個測區范圍內，利用單基站CORS系統測量的點位精度均優于±5 cm。

(3)接收機兼容性測試

分別使用Trimble R4-3 NSS接收機及南方S82S86系列接收機接收網絡差分信號進行測量工作，流動站由近及遠進行連接測試，記錄各個點初始化時間及初始化精度等等。

經測試，不同型號的接收機均能連上CORS站并得到實時差分解。

2．基站建設

單基站CORS系統主要由GPS基準站、控制中心、網絡通信模塊和流動站組成。湛江規劃單基站CORS系統的基準站接收機使用Trimble NET-R9 GNSS接收機，支持接入數字氣象儀、傾斜傳感器、外接USB存儲設備、外接頻標，防護等級IP67，440個通道，支持所有未來導航衛星信號。硬件設備主要還包括ZEPHYR MODEL-2型天線，網絡通信采用固定IP地址，電信寬帶接入，組成數據傳輸終端模塊。站點選在院樓頂，建筑物牢固穩定，基站觀測墩采用永久性觀測墩，該觀測墩柱體內預埋PVC管道，用于鋪設天線電纜。儀器墩外部進行了保溫和防風處理，頂部安裝天線強制對中裝置，為防止GNSS接收機天線和觀測墩被雷擊，天線防雷的接地網使用觀測墩所在大樓的防雷地網。

3．基站施測

(1)外業觀測

湛江市單基站CORS基站點的位置按C級GPS精度要求施測。平面坐標系統分1954北京坐標系和1980西安坐標系兩種，高程系統采用1985國家高程基準。控制采用GPS靜態測量，使用6臺GNSS接收機同步觀測兩個時段，聯測5個C級點(如圖1所示)，每個時段觀測時間不低于4 h，外業觀測采用1臺天寶R9接收機、2臺天寶R5接收機、3臺天寶R8接收機進行同步觀測，所有儀器在檢定有效期內。

圖1 控制網型

(2)靜態數據處理

靜態數據通過上海華測CGO軟件進行處理，平差后26個同步環及66個異步環閉合差均小于國家GPS規范中C級網的限差要求，最大的同步環閉合差為0．304×10－6D，其X分量閉合差為－6 mm，Y分量閉合差為－10 mm，最大Z分量閉合差為－8 mm，最大的同步環閉合差為1．696×10－6D，其X分量閉合差為38 mm，Y分量閉合差為－65 mm，最大Z分量閉合差為16 mm，最弱點(KJ36)點位中誤差為0．005 m;最弱邊邊長相對中誤差為1/3 276 570，平差結果符合相關規范要求。

三、單基站CORS的精度分析

在系統建設完并進行七參數求解后，使用Trimble R4-3 GNSS接收機以車載的方式采集控制點以驗證參數精度，在測量過程中當流動站獲取足夠數量衛星，并獲得初始化以后才進行RTK測量，測量時精度Hrms＜0．015 m，Vrms＜0．020 m，PDOP＜6。為保證精度收斂，每個點測量4次，單次測量時間不低于20 s，測試后得到的點位誤差見表2。

表2 點位誤差表

四、單基站CORS的管理

單基站CORS可利用基站IP通過網頁對基站基礎信息及流動站用戶進行管理。

可時時查看到基站接收機狀態，在接收機出現異常時查找原因，如圖2所示。

圖2 基站接收機活動狀態

可根據需要設置啟用或禁用GPS衛星、GLONASS衛星、北斗衛星、Galileo衛星等，如圖3所示。

圖3 衛星常規信息

通過I/O配置，設置不同端口輸出不同的數據格式，外野作業時可根據實際流動站接收機情況選擇雙星或三星的輸出格式，如圖4所示。

圖4 I/O配置

針對不同需要的流動站，在安全配置中，可選擇流動站用戶是否能對基站進行接收機配置、文件下載、文件刪除、編輯用戶等修改操作。通過安全配置，設置不同的流動站用戶權限，統一管理流動站使用情況，如圖5所示。

圖5 安全配置的設置

五、結束語

經過項目測試及在實際工作中的應用，結合實際條件總結出當前單基站CORS特點:

1)建設成本低廉。可充分利用現有的資源，再投入較少的資金，即可在一個中小城市或地區建立一個單基站CORS系統，滿足當地不同測量用戶的需要。

2)便于升級和擴展。系統可以隨時增加新的基站擴充為多基站系統，通過對系統軟件升級，單基站系統即可輕松升級為多基站網絡CORS系統。

3)施工周期短、見效快。從方案落實到設備采購、安裝調試、驗收運行，整個周期可在7個工作日內完成，完成后可馬上投入使用。

4)設備使用效率高。系統建成之后，每一臺流動站都可以參與到工作中。

5)定位快速、作業范圍增大。單基站CORSRTK基準站常年固定，流動站可有更快的初始化速度和最大程度的可靠性。使用高等級的參考站點，令整個網絡覆蓋范圍內都可得到高精度解，穩定可靠的基站可提供30 km以上的信號距離。

6)多星利用，提高可用性。系統可以利用GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS衛星信號等更多的衛星，提高規劃測量的可用性與初始化速度。

受時間和測試條件的限制，當前單基站系統高程參數模型仍需繼續精化，同時，將結合湛江地區地理環境特點和工程實際需要，開展靜態定位的精度測試和分析。

雖然與大型CORS系統相比，單基站系統具有作用距離短、網絡RTK精度隨距離增加而衰減等缺點，但因其結構簡單、投入資金少、易于建設及維護、隨時可以升級為多基站CORS系統的優點，在中小城市及地區仍然有廣泛的應用價值。

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