徠卡GR30單基站CORS網建立及應用

賴華平 , 王訓軍

（江西銅業集團有限公司 永平銅礦，江西 鉛山 334506）

1 引言

隨著科學技術的飛速發展，在測繪行業掀起了革命性的進步，由傳統機械式的“三大”測繪儀器，逐步發展到如今的半站儀、全站儀、GPS、網絡RTK、單基站CORS 系統，把測繪工人從繁重的體力勞動解放出來，尤其是象江銅集團永平銅礦這樣小范圍（礦區17km2）的測繪工作，控制點破壞嚴重，經常要建立新的控制點，費時費力消耗成本，建立無人值守的連續運行的布局靈活、結構簡單、投資較少、易于維護和管理的對CORS 網具有有益補充的單基站CORS 系統（控制半徑可達50km，平面及高程精度可達厘米級），無需再找控制點，隨時隨測，大大提高了測量員工的效率，這種創新的工作思維，改進了傳統測繪模式，逐步實現了無人化、自動化、智能化，對減輕工人工作強度、提高工作效率、降低生產成本、避免錯誤率都將起到巨大的推動作用，必將產生顯著的經濟和社會效益，具有重大的現實和指導意義。

2 單基站CORS 網的原理及構成

單基站CORS 系統就是只有一個連續運行的基準站，基站同時又是一個服務器，站點主要是跟蹤、采集、記錄衛星定位數據，將定位數據快速準確地傳輸到服務中心的服務器上，經過服務器解算的數據通過網絡RTK 接收機實時、快速接收并導航出具體的定位位置；同時還可通過一系列的軟硬件實時查看衛星狀態、存儲靜態數據、實時向Internet發送差分信息以及監控移動站作業情況。RTK 移動站通過GPRS、CDMA 網絡通訊方式與基站服務器進行通訊。

單基站CORS 系統由GPS 參考站（基站）、數據服務器、互聯網絡和RTK 流動站組成。基站包括GPS 接收機、電腦、避雷針、電源、天線，數據服務器既是數據中心又是控制中心。江銅集團永平銅礦單基站CORS 系統采用獨立的數據服務器，基站與服務器直接相連，RTK 移動站網絡通訊采用GPRS、CDMA 及EDGE 數據終端模塊［1-2］。

3 單基站CORS 網的建立

3.1 單基站點的布設原則及制作

（1）單基站一般選在便于安放接收天線且視野開闊、堅固可靠的樓頂某處，以鋼筋混凝土或磚砌加鋼筋制作墩標，通常為樓頂的最高點，以方便站點管理、維護和通信暢通，四周盡量避免有障礙物，以免GPS 信號被吸收或遮擋；

（2）單基站附近應盡量避免大面積水域和強電磁場，以減弱多路徑效應的影響；

（3）在沒有較理想的建站區域，也應與微波站、無線電發射塔等電磁干擾區及雷擊區，保持不小于200m 的距離；與高壓輸電線，保持不小于50m 的安全距離，以避免電磁場對GPS 信號的干擾；

（4）為確保通訊網絡的通暢，必須具有可靠的供電、通訊系統；

（5）天線安置盡量避開鐵路、公路等易產生振動的地方；

（6）為避免干擾，應提供一個專門安置和保護GPS 參考站設備的辦公室；

（7）參考站設計為無人值守，有人照看、自動連續運行，設備盡可能少，連接可靠，年運行可靠率95%以上，能保證設備安全，防止有人故意破壞；

（8）交通要便利，到達站址要方便，以便于管理和維護［3-6］。

根據以上原則及并結合本礦的實際情況，永平銅礦把站點架設在礦部辦公大樓樓頂的一個已制作和觀測的靜態GPS 控制點上（見圖1），接收主機（見圖2）及數據服務器（見圖3）放置在專用辦公室內。

圖1 基站點

圖2 接收主機

圖3 數據服務器

3.2 基站點的觀測

由于永平銅礦單基站點架設在現有的觀測成果點上，原礦區控制網平面位置按D 級GPS 精度、高程按四等水準精度要求施測，坐標系統為1954北京坐標系、1956 黃海高程系，平面控制以靜態GPS 測量，在充分考慮礦山后續發展等因素的情況下，布設了12 個E 級GPS 控制點，平面GPS控制網外業施測采用4 臺合眾思壯系列接收機，編號分別為：E640140100022、E640140100070、E640140100088、E640140100024，靜態測量平面標稱精度：±5mm+1ppm，高程標稱精度：±10mm+1ppm，由GPS 接收機同步觀測兩個時段，聯測兩個C 級點（廟背山、侯家），通過基線解算、環閉合差及網平差后計算出最弱點點位中誤差0.0106m，最大高程中誤差0.0300m，最弱邊邊長中誤差1∶724076，鑒于原有的GPS 觀測成果能滿足礦區測量之要求，故直接取用辦公樓GPS 靜態點作為基站點起算數據。

3.3 單基站網絡RTK 的建立

根據永平銅礦初始建立的靜態GPS 測量成果，通過對北風井（GE07）、辦公樓（BGL）、侯家（HJ）及廟背山（MBS）的靜態聯測（見圖4），解算出測區內七參數DX（平移，m）、Dy（平移，m）、Dz（平移，m）、Rx（旋轉，s）、Ry（旋轉，s）、Rz（旋轉，s）、SF 尺度（ppm）。

圖4 靜態GPS 聯測

單基站RTK 的校正：把辦公樓（GE02）起算數據、測區七參數、 中央子午線、坐標系統、橢球長半經、橢球扁率等基礎數據輸入GPS電子手薄中。

4 單基站CORS 網的試運行

永平銅礦自2018 年7 月開始建設GR30 高級型單基站，從制作觀測墩、安裝GPS 接收天線、饋線避雷器、電源適配器的連接、基站與服務器數據電纜連接、RTK 移動站網絡通訊GPRS、CDMA及EDGE 數據終端模塊連接、基站數據處理軟件徠卡Spider 參考站軟件包的安裝等建站工作，至2019 年2 月已基本完成。為了驗證、評價系統運行狀態、定位精度和移動站等指標、性能，在單基站CORS 網建成后進行了試運行。

（1）在單基站CORS 網上利用RTK 測繪礦區“三供一業社區改造”區域1∶500 原始地形圖16幅；1∶1000 比例的公用設施改造竣工后地形圖11幅；測繪各種管、線路總長6.576 公里，放樣建、構筑物點位，測量地面高程，共完成長2919m，面積26276m2的主路面測量，小區維修改造區域面積108965 平方米測繪，點位精度平均可達3cm，與測量規范要求對比，完全滿足礦區測量工作之需要。

（2）運用基站網絡系統，共測繪治理區域原始地形圖2 幅，竣工平面圖1 幅，放樣治理區域9 個臺階430 個設計境界點，放樣滑坡區的排水系統（9個臺階面的橫向排水溝、2 條縱向邊溝）59 個水溝節點，現場標定公路及老水溝修復26 個中樁控制點；滑坡區的縱橫向排水系統以及土巖界面處的排水孔施工放樣；坡面植草、種灌木林固土的生態護坡工程范圍圈定，經現場測量比較，全站儀與基站網絡系統測量之差約4cm 左右，能滿足測量精度要求。

（3）通過基站網絡RTK，測繪礦環保重點工程“永平銅礦環保綜合治理工程排土場截排水設施（西排土場排水溝）”工作，測繪原始地形圖1 幅，帶狀竣工平面圖3 幅，測繪水溝縱剖面線長5.72km，放樣水溝中線樁386 個；測繪露天采剝工程平面圖，與全站儀測圖精度及放樣精度要求相對比，精度略高。

經上述實踐對比，使用單基站與傳統全站儀測量，該單基站系統運行狀態良好，精度滿足礦山測量要求，并且作業距離、采點精度、采集數據的速度、設備穩定狀態均表現良好，沒有發生故障，偶爾的網絡掉線只須移動站自動登錄后即可繼續工作。由于單基站CORS 網絡RTK 是由CDMA/GPRS等電信網絡信號取代偉統的數據電臺模式，差分數據傳輸不再受到限制，只要有手機信號的區域即可進行RTK 作業，精度可達到厘米級，并且數據可靠、穩定、安全，工作效率也比傳統測量儀器提高一倍以上，是礦區小范圍內測量方式的首選，是完全可以滿足礦區17km2范圍的各種測量需求。

5 結論

5.1 投資少見效快

隨著單基站技術的日益成熟，其布局靈活、結構簡單、投資較少、易于維護和管理的巨大優勢逐漸顯示出來，對于一個相對較小的中小區域城市只要用較少的投資即可建立一個或多個CORS 基站，便可滿足當地測量用戶不同層次空間信息技術服務的需要，基站中心30km 范圍內實現快速厘米級實時定位及事后差分。

5.2 方便升級和擴展

單基站系統可以隨時增加新的基站，成為多基站，為加大RTK 作業的范圍，單基站CORS 和多基站CORS 系統只要升級系統軟件，投資小部分的軟件升級費用，即可輕松地升級成網絡CORS 系統。

5.3 數據可靠、穩定、安全

無人值守，有人照看、自動連續運行的單基站，靜態數據全天候采集，點位精度高，數據穩定，安全性高。在開機幾秒鐘之內即能捕獲到所有可見的衛星，噪聲低，具有優異的低仰角信號跟，捕獲信號時間短，抗干擾能力強。

5.4 RTK 測量作業范圍廣

單基站的RTK 作業半徑可以達到40km，能夠實現快速厘米級實時定位及事后差分，利用GPRS/CDMA 進行50km 左右RTK 測試成功案例也已經屢見不鮮。

5.5 施工周期短

單基站技術經過實踐表明它是一種比較成熟的技術，從方案落實開始采購設備，安裝調試，到驗收運行整個周期1 個月以內。