CORS系統的網絡RTK 技術在水利工程測量中的應用

□裴 锫(山西水利水電勘測設計研究院)

0 前言

GPS-RTK技術，能夠實時提供測站點的三維定位結果，由于RTK的實時性、快速性、簡便性，使它在測量領域得到了廣泛的應用。然而，隨著流動站與基準站之間的距離逐漸增加，其誤差相關性也隨之逐漸減弱，導致整周模糊度難以確定，從而無法獲得固定解。同時，由于RTK技術采用無線電傳遞信號，在距離太遠的情況下流動站信號變弱，而且還經常伴隨著其他信號源的影響，特別是山區及高層建筑物的遮擋，使得RTK接收信號較差。為了彌補傳統RTK的一些不足，基于GNSS基準站網絡的CORS新技術便出現了。

CORS技術，也稱網絡RTK技術[1]，是在一個城市、地區或者一個國家范圍建立的由一定數量的固定的GNSS參考站組成的系統，對衛星進行全天候連續觀測。CORS中心通過網絡與GNSS站連接，從各個基準站獲取相關數據，并通過數據處理軟件進行網絡平差解算，從而得到各種誤差改正信息，構建該區域誤差改正模型，并依據用戶自身定位得到的近似位置向其發送誤差改正參數，從而使用戶獲得精確的實時定位效果。

1 CORS技術在水利工程測量中的應用

隨著CORS技術在測繪領域的應用與發展，很多省市地區相繼都建立了自己的CORS系統，它能夠提供包括厘米級在內各種精度的定位服務，能夠滿足精密、實時導航定位的精度要求。由于CORS技術具有高精度、高可靠性、高效率等特點，已經在水利工程測量各個方面獲得了廣泛的應用。

1.1 CORS技術在控制測量中的應用

我國大部分水利工程所處位置都比較偏遠，地形復雜，控制點布設困難，傳統的測量方法如三角測量、導線測量，受到點與點之間通視的條件限制，有時要多次遷站進行觀測，作業量比較大，會耗費大量時間和精力，成本較高，而且誤差在數據傳遞的過程中會積累，外業中無法確定測量數據的精度，最終結果精度也不高。采用CORS技術，布設控制點極為方便，控制測量能夠達到厘米級精度，各點之間不要求通視，同時避免因控制測量分級布設、層層控制帶來的點位誤差累積和誤差分布不均勻的情況，這樣既能實現實時定位，又可當場確定定位精度，在滿足工程控制測量精度的條件下大大地提高了作業效率。目前，對于一些精度要求高的控制測量還需選擇GPS靜態定位之外，利用CORS技術可進行一般精度要求的控制測量。

對于高程方面的控制測量，由于我國高程系統采用的是似大地水準面為基準的正常高高程系統，而CORS直接測得的是地面點在WGS-84坐標系中的大地高，這兩者之間存在著一個轉換關系。因此，在實際測量中對于地形比較平坦、光滑等地形條件良好的地區，如果高程方向精度要求不太苛刻時，可采用網絡RTK技術精確測得點位的大地高，同時用等級水準方法測量該點的正常高，即可得到該點的高程異常，利用若干組這樣的數據建立測區內的高程異常改正模型。這樣利用CORS獲得區域內某一點的大地高，從高程異常改正模型通過插值計算獲得該點的高程異常，從而可求得該點的正常高，實現區域內的高程控制。

1.2 CORS技術在帶狀圖地形測量中的應用

在一般的水利工程中，河道帶狀圖的測量是一項常規的工作。采用CORS技術進行測量，相比于傳統方法，可以不布設控制點，用移動站可直接對地形特征點進行高精度測量。對河道的地形測量有別于山區，既要進行水下地形測量，又要進行岸邊區域的陸地上地形測量。水下測量部分可聯合使用網絡RTK、測深儀等工具測量水下地形，采集地形數據。陸上部分可采用CORS直接進行三維點數據采集。在野外觀測時，測量人員只需要將RTK在待測量點上觀測幾秒鐘，并且在操作手簿上輸入地形地物點編碼，就可得到點位坐標，同時需要現場繪制草圖，待完成一個區域內的地物點數據采集后繪制地形圖。在繪圖軟件里導入所采集的數據，按照實際需要建立模型，如可以根據點位高程信息生成DEM，繪制等高線。對于河道地形圖而言，還需要測量一些水利要素和參數，并在地形圖上標注出來。例如，對于跨河橋梁，還需要測量橋長、梁底高程、橋面等。

1.3 CORS技術在施工測量中的應用

在水利工程施工中，經常要根據工程的設計和精度要求在施工區域內找出各設計點的實際位置。目前施工中采用全站儀進行放樣較為常見，在確定樁位時需要放樣定點，在樁基礎施工前也需要復核護筒的位置，甚至在施工中樁機打樁時為防止打樁偏離預定位置需隨時進行檢核，這樣每個樁位需進行多次放樣，導致放樣的工作量很大，有時為了工期的需要，夜間也需要放樣，這對于全站儀來說十分困難。網絡RTK可用于工程施工放樣[4][5]。在放樣前根據控制點WGS-84坐標和施工坐標系中坐標計算坐標轉換參數，并將其應用到RTK中。同時把之前設計好的待放樣樁位點的坐標輸入到電子手簿中，選擇點位放樣選項，待獲得固定解后，便可根據手簿屏幕中提示進行導航放樣，屏幕上會顯示接收機所在位置相對于待放樣位置的距離和方位偏差，按照箭頭指示來回移動接收機直到達到所需的放樣精度。相比全站儀，采用網絡RTK進行放樣比較方便快速，效率和精度較高，而且不受夜間的限制。另外，在一些水利工程施工如渠道的線路設計與放樣中，可能會遇到交叉性的建筑物，采用全站儀放樣操作比較復雜，采用CORS可以進行直線和曲線的放樣，這樣就可以輕松地放樣出交叉點。

1.4 CORS技術在斷面測量中的應用

很多水利工程都要進行縱橫斷面圖測量來計算土石方量，進而為工程預算作參考。對河道的斷面測量，首先需要在已有地形圖上設計斷面位置，然后確定基點的平面坐標及高程，之后進行內業處理完成斷面的航線設計。運用CORS技術進行縱橫斷面測量，在手簿中輸入設計線形之后，RTK可實時提供河道縱向和橫向的方位，河道樁號及到中線的距離，便于斷面高程點的施測。在測量作業結束后，還需要對測量數據進行檢驗，如果測量數據無法滿足精度要求，則需要查找測量出現錯誤的原因并及時更正和重測。將所有數據檢驗校正完畢后，再通過專業處理軟件繪出各航段斷面圖。采用CORS技術進行縱橫斷面測量，實時測量精度能夠達到cm級，容易滿足其精度方面的需要。

2 實例驗證

為了驗證CORS測量的精度，本文選定某水利工程區域中部分控制點為已知數據，采用CORS對控制點進行測量檢驗。以測區范圍內5個E級GPS控制點為已知起算點(起算點必須分布均勻，覆蓋需要進行作業的測區)，進行點校正求取坐標轉換參數。在每次測量前，都要用已知控制點進行測量以檢驗參數，滿足要求之后方可開始測量。選擇5個控制點進行點校正，得到各點的水平殘差和高程殘差。結果如表1所示。參數轉換之后，采用CORS測量已知控制點進行精度檢驗，取得固定解之后即為完成該點的測量。各已知控制點檢驗結果見表2。

表1 點校正殘差結果表

表2 控制點檢核結果表

從表1和表2中可知，點校正水平方向最大殘差2.30 cm，高程方向最大殘差2.10 cm；控制點檢驗水平方向最大互差2.80 cm，最小互差1.10 cm；高程方向最大互差2.30 cm，最小互差0.80 cm。通過以上精度分析可以看出，CORS測量水平方向和高程方向精度一般保持在3 cm以內，完全能夠達到所需的精度要求。

3 結語

基于CORS系統的網絡RTK技術能夠快速實時地進行測量定位，滿足各種測量精度的要求，在水利工程測量各個方面具有極大的應用價值。相對于傳統RTK，CORS具有很大優勢：作業半徑大大提高，單機作業不需架設基準站，操作簡便、測量精度高、作業效率高等。在實際作業中，CORS也存在一些局限性：在有信號遮擋的地方，取得固定解的時間延長，鎖定比較困難；CORS信號受手機通信運營商信號影響等。因此，對于在CORS網絡覆蓋范圍內且信號較好的測區，可采用CORS進行測量工作。隨著CORS技術的不斷發展與完善，其必將更為廣泛地應用于水利工程測量領域中。