論北斗CORS基站應用于水下地形測量的可行性

【摘要】松花江大頂子山航電樞紐工程一期工程于2007年10月竣工，是我國平原封凍河流上建設的第一座低水頭橫店樞紐工程，是松花江干流第一座控制性工程。大壩截流后，使水位常年保持在116.0米左右，哈爾濱市區下游的江段江面大大增寬，江道之間原有的島嶼絕大部分被淹沒，增大了水下地形測量的任務量同時對圖根控制點的布設提出了難題。基于上述情況，本文討論在松花江哈爾濱段區域，應用北斗CORS基站系統替代傳統RTK系統進行水下地形測量的可行性。

【關鍵詞】北斗CORS基站；水下地形測量；優化電力系統結構

1、北斗CORS系統的簡介和組成結構

北斗三星CORS服務系統，是基于衛星定位系統，將衛星定位與導航技術、計算機科學、測繪學、氣象學、地理信息系統與現代通訊技術等有機結合。通過建立一個連續運行的永久性GNSS接收臺站（也稱為參考站），參考站運用通信網絡實時將觀測數據傳送到數據中心服務器，中心服務器上運行專業的GNSS參考站網數據處理軟件，可以對參考站進行管理，用戶權限管、完成數據采集、分組轉發、處理及分析，最后通過Internet網、GSM/GPRS、CDMA等通訊方式向各行各業測量用戶提供基礎性、公益性定位與導航等基礎地理空間信息服務。整個系統的由基準站、網絡和數據交換設備、移動站三個部分組成。基準站是一個永久連續觀測的定位接收機，為整個系統提供差分信號。網絡和數據交換由處理數據的工作站及發射、接受數據的網絡構成，實現系統的數據傳輸。移動站是用于實際測量工作的接收機，進行具體的測量操作。

2、參考站的選址

考慮到我們的主要服務區域是松花江哈爾濱段，為帶狀區域。從上游48號航標到下游大頂子山航電樞紐工程，沿江道里程約為130公里，直線距離約90公里。選取單基站CORS即可滿足需求。我站所在的正陽河測報站距上游測區邊界約35公里，距下游大頂子山壩址約55公里。如果把CORS基站布設在正陽河測報站上，30公里范圍能覆蓋上游全部測區，下游覆蓋至大亮子測報點，平面定位精度在3cm以內；50公里范圍內，上游全部覆蓋，下游覆蓋區域距大頂子山壩址僅5公里左右，平面定位精度在30cm以內。我們水下地形測量1：5000的比例尺精度為50cm。也就是說50公里以內的平面定位精度依然滿足需求。對于精度下降的5公里測區，我們可以增測一到兩個圖根點，用傳統RTK來完成。同時我站所在的正陽河測報點綜合考慮滿足以下幾個方面：1）所在位置易于安置接受設備且視野開闊；2）附近沒有大功率無線電發射源，可以避免電磁場對信號的干擾；3）附近沒有礦區、鐵路等易產生強烈震動的設施；4）取水塔上及可安裝固定接受天線；5）有穩定的電力、通訊系統，方便電源、因特網的接入；6）站點全天有工作人員職守，能保證設備安全；7）附近交通便利，方便進行系統檢查維護。綜合考慮基站覆蓋范圍和選址的硬性要求，在正陽河測報點架設系統參考站是非常好的選擇。

3、設備的選取

衛星接收機是整套系統信號的來源，它的作用尤為重要。選取接收機應具有以下特性：1）具有性能優異的GNSS測量技術；2）快速捕獲衛星；3）信噪比高，抗干擾能力強；4）有效抑制多路徑效應；5）采樣率可達20Hz以上，同時保持最佳觀測質量和觀測值的獨立性；6）耗電量低；7）堅固耐用，質量全面可靠。接收機天線最好具備雙頻三星扼流圈的性能，用以高質量接收所有GNSS衛星發射的信號，保證亞毫米級的相位中心穩定性，消除多路徑效應產生的影響，為接收機進行高質量信號跟蹤和數據獲取提供保障。

4、使用流程

我們在保證同等效率的情況下盡可能保持更高精度的數據采集結果，所以我們在流動站的數據精度依然需要達到厘米級精度。流動站必須使用雙頻RTK類型的接收機。流動站接收機均需配置手機通訊模塊，通過手簿設置基于GPRS通訊方式的數據中心的IP地址。也可以通過撥打手簿設置基于GSM通訊方式的數據中心的固定電話號碼。數據中心收到流動站的請求后，會根據其授權狀況作出響應。此時流動站會向數據中心發送一個概略坐標，數據中心再根據這個坐標生成適合于流動站的改正信息，并將改正信息流不斷的發送給流動站。這個改正信息是RTCM格式（2.0/2.3/3.0）格式。流動站解算整周模糊度固定后，即可開始測量。

5、基本要求

單基站北斗三星CORS服務系統建成后，將可達到以下一些基本要求：

1）參考站無人值守，自動運行，年運行可靠率達95%以上。2）具備雙電源管理能力。在斷電情況下，可依靠后備電源連續工作36小時以上；在供電故障恢復后，GNSS接收機必須能自動恢復到故障前的配置，不需要人為干預。3）在數據處理中心建成后，開通網絡RTK等實時服務功能時應達到可實時傳輸基準站觀測數據，并與控制中心實現雙向通信的能力。4）根據需要可擴展建多個數據中心。5）具有網絡功能，具備高速TCP/IP網絡接口，支持數據中心以網頁方式對參考站進行設定、控制和檢測。設定包括：接收機參數；控制包括：接收機啟動與關閉、接收機網絡斷開與連接、接收機參數的修改、數據傳輸控制；檢測包括：接收機狀態、電源狀態。6）服務器軟件應具有良好的用戶訪問控制、權限管理的功能。

大頂子山航電樞紐至今已落成九年，常年的高水位使得運用常規RTK手段進行水下地形測繪變得極為艱難，利用北斗CORS單基站系統取代傳統RTK手段不失為一個靈活、高效的好辦法。

參考文獻：

[1]張婷，栗靖，朱大為，胡艷.CORS系統的應用現狀及建立的必要性[J].現代導航.2012（04）

[2]苗長青.單基站CORS與網絡CORS適用性比較[J].河北北方學院學報（自然科學版）.2012（02）