CORS技術應用于道路勘測研究

曾聰 楊淑芬

摘? 要：勘測工作貫穿于整個公路建設。然而，應用目前的GPS技術，定位精度將隨著探測站與基站之間距離的增加而降低。本文對CORS技術進行了研究和應用，本文介紹了CORS系統的工作原理和組成，分析了CORS在道路控制測量、道路中心線布設和垂直橫截面測量中的具體應用方法。實踐表明，CORS系統的建立實現了高精度的動態、實時、無水準測量，用戶只需一臺GNSS接收機即可進行mm、cm、dm、m水準，準實時，快速定位，實時或定位后，全天候支持各類測量、定位、變形監測和下線工作。

關鍵詞：道路? 勘測? CORS? 橫斷面測量

中圖分類號：P228.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0055-03

Abstract： Survey work runs through the whole highway construction. However， with the application of current GPS technology， the positioning accuracy will decrease with the increase of the distance between the detection station and the base station. This paper studies and applies the CORS technology， introduces the working principle and composition of the CORS system， and analyzes the specific application methods of CORS in road control survey， road centerline layout and vertical cross section survey. The practice shows that the CORS system can achieve high-precision dynamic， real-time and no leveling measurement. Users only need a GNSS receiver to carry out mm， cm， dm， m leveling， quasi real-time fast positioning real-time or positioning， and support all kinds of measurement， positioning， deformation monitoring and offline work all day.

Key Words： Road; Survey; CORS; Cross section survey

隨著我國城市化進程的加快，道路建設將有更快更大的發展。作為道路建設的前奏，從選線設計到施工放樣，測量工作貫穿于道路工程的始終。GPS技術已基本取代了全站儀、測距儀、經緯儀、水準儀等常規測量方法，成為主要測量手段[1]。RTK技術在線路測量領域得到了廣泛的應用，但傳統的RTK技術需要建立基站，隨著探測車與基站距離的增大，測量精度逐漸降低，有效距離一般不超過15km，因此，尋找一種提高有效距離的測量方法十分必要[2]。近年來，隨著連續參考系統（CORS）的快速發展，這一目標得以實現。本文介紹CORS在道路測量中的應用。

1? CORS工作原理和組成

CORS的工作原理是利用GNSS導航定位技術，根據一定距離范圍內對一定距離的要求，建立固定GNSS參考站的長期連續運行，利用計算機，數據通信和因特網技術通過各種參考站和數據中心組成網絡[3]。數據中心通過網絡從參考站采集數據，用參考站網絡軟件進行處理，所有用戶都可以自動發布不同類型的GNSS原始數據和修正數據。只需一個用于野外作業的GNSS接收機，用戶可以得到mm、cm、dm、m，準實時，實時，快速定位，定位后或導航定位[4]。

CORS系統由參考站系統，數據處理中心，數據通信系統和用戶應用程序系統組成。用戶應用系統通過數據通信系統連接以形成局域網[5]。

（1）參考站系統：參考站系統由多個參考站組成。參考站包括GNSS接收器、天線、電源（UPS）、網絡設備、機柜和防雷系統。

（2）數據處理中心系統：數據處理中心的子系統是CORS-brain，它保證了系統的穩定和安全運行，并不斷提供定位服務。它分為兩部分：用戶管理中心和系統數據中心。它由服務器、工作站、網絡傳輸設備、電源設備（包括UPS）、數據記錄設備、系統和安全設備。

（3）數據通信系統：數據通信系統包括每個參考站與數據中心之間以及數據中心與漫游用戶之間的通信。

（4）用戶應用系統：用戶應用程序系統是系統的最終用戶。它由GNSS接收天線、數據接收器和通信模塊組成[6]。

2? CORS技術在道路測量中的應用

CORS技術在道路測量中的應用方向如圖1所示。

2.1 路網設計

道路控制測量的最終目的是為道路測量的設計和施工提供必要的方向和高度控制。控制點應沿道路兩側的網絡布置，通常呈線性分布。根據測量規范的要求，并考慮到特殊性和工作的實際需要，如果線路太長，則控制網絡可以具有一個或兩個級別。GPS道路網點的選擇必須首先滿足道路設計和放樣施工的需要，同時充分利用高精度，靈活的設計和不受限制的網絡點GPS控制。另外，為了使調整結果與原始網絡相匹配并便于結果的應用，從而不損失GPS網絡的精度，應對先前的網絡進行驗證。

2.2 坐標轉換

1954年坐標系、1980年國家大地坐標系和2000年地心坐標系同時并存。它們是平面與高程基準的分離系統：平面采用國家坐標系或城市獨立坐標系，高程為正常的高程坐標系。GNSS接收機獲取的三維坐標信息在地球坐標系中遵循WGS-84等協議，因此必須涉及基于CORS的平面坐標與高程系統之間的轉換。通常有兩大類不同坐標系之間的坐標轉換模式，一類是二維轉換模式（四參數轉換），一類是三維轉換模式（Bursa七參數坐標轉換模型）。二維轉換模式適用于小范圍的坐標轉換，三維轉換模式適用于大范圍的坐標轉換。在平面坐標轉換中，一般可以使用四個參數或七個參數。高程擬合方法通常可以得到小范圍的低精度高程轉換，但要確定大范圍或高精度的高程轉換，必須對相似的大地水準面進行細化處理。

（1）二維高斯平面坐標轉換模型為

（2） Bursa七參數坐標轉換模型。

其中，為平移參數;為旋轉參數;k為比例因子。從理論模型和實際使用的四參數和七參數可以看出，四參數測量精度隨GNSS衛星姿態調整有相應的變化，但有時不能滿足測量精度和穩定性的要求。但是，通過解決長時間連續單點定位問題，獲得了7個參數，測量精度穩定，精度高，完全滿足了一般工程測量和地形測量的需要，達到厘米級精度。

2.3 繪制大比例尺帶狀地形圖

道路選線一般采用大比例尺（1：1000或1：2000）帶狀地形圖。傳統的方法是先進行控制測量，再進行詳細測量，繪制大比例尺地形圖。傳統的詳查是根據測區現有的s控制點，采用全站儀進行的。在測量過程中，如果不轉移儀器，要求看到控制點和細節點。在地形條件復雜、建筑物密集的勘察區，車站移動頻繁會導致效率低下。

常規RTK測量的基準站需要高精度地放置在已知的坐標點上，在沒有控制點的情況下使用非常不方便。此外，傳統的RTK測量利用一個臨時的單參考站將差分信息發送給漫游者，因此在參考站出現故障的情況下，漫游者的點精度無法得到保證。此外，使用傳統的RTK測量方法，隨著與參考站的距離的增加，探測站點的精度顯著降低。這種運行方式的服務范圍一般只有10kg左右。CORS技術突破了傳統RTK探測車與參考站距離較近的局限性，在保證精度的前提下，將工作距離從20kg提高到70kg。利用CORS技術繪圖，真正改變了傳統的“先控后破”的繪圖模式，即依靠多個永久性參考站同時向漫游者發送差分信息，大大提高了一些舊路改造工程中漫游者站點的點精度，在精度允許的情況下，可以將GNSS天線和無線電天線固定在一輛汽車上，汽車只能沿著原路連續行走完成測量工作。從而大大提高了測量速度，減輕了外部測量的勞動強度。

2.4 道路放樣測量

傳統的放樣方法是根據道路的設計參數計算中樁數量和設計坐標。然后全站儀或經緯儀放在控制點上，用極坐標進行放樣。在地形條件復雜、樁位誤差不均勻的地區，不能滿足控制點和樁位必須通過的要求。使用CORS監視，只需在手冊中輸入GNSS樁點中心線的坐標，然后移動接收天線，系統很快就會設置監視點。采用這種方法，每個測點的測量都是獨立完成的，不產生累積誤差，因此測點精度相同。因此CORS技術放樣真正實現了單樁獨立作業，大大提高了路樁測量的效率。

2.5 道路橫斷面測量

完成道路中心線測量后，再進行道路縱向和橫斷面測量。縱斷面測量是確定樁基礎高程并繪制道路縱斷面圖進行路線縱坡設計的一種方法。橫斷面測量是確定樁在中線地形狀態下的垂直度，并繪制橫斷面圖，用于路堤土石方計算和施工邊樁的設計。采用傳統的道路縱斷面測量方法，在與國家高等級水準點相關的道路沿線布設臨時水準點，計算其高程，然后以臨時水準點為起點，通過標準測量方法計算各樁的高度。這種工作模式需要更多的測量站，特別是在工作量相當大的地形中。全站儀雖然具有三維坐標測量功能，但為了避免重復測量，在高程樁中測量樁的布置，減少了部分工作人員的工作量，該方法要求全站儀測量點和全站儀測量點具有通視性，在復雜地形地區也存在重復移動的問題。CORS技術可以改變傳統的測量方式。確定道路中心線后，根據采集的s樁點坐標，利用繪圖軟件繪制道路橫斷面圖。大大減少了測量時間和人員工作量。與傳統方法相比，該方法在精度、經濟性、實用性和效率等方面具有明顯的優勢。

3? 結語

CORS系統的建立實現了高精度的動態、實時、無水準測量，用戶只需一臺GNSS接收機即可進行mm、cm、dm、m水準，準實時，快速定位，實時或定位后，全天候支持各類測量、定位、變形監測和下線工作。隨著衛星導航定位（GPS、GLONASS和GALILEO）、數字通信、有線和無線網絡技術的發展，CORS將在測繪、交通導航、氣象預報、輔助規劃建設、地震監測等領域發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 徐軍.淺談GPS技術在道路橋梁工程測量中的應用[J].智能建筑與智慧城市，2020（5）：85-86.

[2] 伍廷良.CORS及PDA技術在重慶涪陵濱江大道管線測量中的應用研究[D].北京：中國地質大學，2019.

[3] 龔志剛.道路工程中GPS與全站儀測量放樣的對比分析[J].交通世界，2019（10）：76-77.

[4] 何亮.CORS支持下的多波束測深系統在庫區淤積測量中的應用[D].武漢：長江科學院，2018.

[5] 劉利民.手機GPS在道路勘察設計中的應用研究[J]. 測繪通報，2016（3）：80-82.

[6] 黃若洪.基于CORS系統的網絡RTK技術在城市地下管線測量中的應用[J]. 智能城市，2019（8）：83-84.