國土資源測繪中CORS系統的應用分析

沈思遠

（上海市自然資源確權登記事務中心，上海 200003）

近年來，社會建設逐步完善，土地需求量連年增長，土地資源日益緊張，這給國土資源測繪帶來了更大的挑戰，提高準確性與工作效率是未來國土資源測繪工作的必然要求。隨著GPS技術的成熟，CORS系統在國土資源測繪工作中得到了初步的推廣，取得了良好的效果。本文將對國土資源測繪中CORS系統的應用展開具體分析[1]。

1 GPS技術概述

GPS是全球衛星定位系統的簡稱，最早由美國研發。到目前為止，包括中國、俄國、歐盟等國家也有了自己的GPS系統。GPS系統由空間部分、控制部分和用戶部分組成。空間部分的衛星持續向地面發送特定頻率的無線電信號，由地面的接收機接收后利用三角測量原理對測點坐標進行計算，得到接收機之間的距離或距離差，從而推算出測點的空間坐標或測點間的位移量[2]。GPS技術目前已廣泛應用于航空航天、交通海事、氣象消防、農業林業、軍事偵查等領域。隨著電子信息終端的進步，GPS在測繪領域的應用也日益成熟，并且表現出比傳統測繪技術有更優的性能。目前各大廠商廣泛采用RTK解算技術來求解各測點坐標，將測量精度提高到了毫米級，已經完全可以用于地籍測量。

2 GPS與CORS的關系

CORS是連續運行衛星定位綜合服務系統的簡稱。它是在GPS系統的基礎之上，結合通信、網絡、計算機、定位等諸多前沿技術而形成的一種精度更高的衛星定位系統。CORS的最大特點就是采用實時差分改正信息解算，可以實時向不同用戶提供改正數的狀態、觀測值和其它相關關的GPS服務[3]。可見，GPS是CORS的應用基礎，而CORS是GPS的綜合應用。在CORS系統的支持下，用戶可以很方便地建立和維持相應地區高精度靜態和動態地心三維坐標參考框架，再結合精化大地水準面數據即可實現高精度、連續、動態、三維的國土資源測繪。

3 國土資源測繪CORS系統原理分析

在國土資源測繪工作中，待測的目標通常具有較大的面積，并且可能地形復雜，不利于直接測量，傳統的測量手段具有諸多限制。利用CORS系統則可以很好地解決這些復雜的測繪難題。在CORS系統中，網絡RTK技術已經逐步取代了傳統的測量手段，也成為當前國土資源測繪工程的重要探索[4]。

國土資源測繪CORS系統基本工作原理是：首先通過GPS對各個測點進行單點定位，取得各測點的坐標，然后對多個GPS測點的數據進行綜合組網，建立常年連續運行的若干個固定參考站并建立參考站之間的聯系，接下來將參考站的坐標及相關信息發送給數據中心的服務器，由運行于服務器上的RTK解算軟件對所有測點的數據進行處理，最后將各測點的原始坐標、RTK改正數據、靜態或動態解算結果發送給用戶。

4 國土資源測繪CORS系統架構分析

基于CORS的國土資源測繪系統在結構上主要包括數據中心、參考站、通訊傳輸、用戶終端等四個子系統。其中數據中心又可以進一步細分為用戶管理中心和系統數據中心兩大部分。

4.1 數據中心

數據中心是CORS系統的心臟，可以為用戶提供各種相關的業務功能。數據中心由大量的服務器構成，大型數據中心通常采用計算機集群以提升運算能力。國土資源測繪CORS系統數據中心可以分為用戶管理中心和系統數據中心兩個模塊，其中前者主要面向用戶提供服務，實現大量用戶的統一集中管理；后者則實現各種具體的測繪業務功能，主要是通過各種算法對原始數據進行分析處理，建立數據模型生成差分改正數據，然后對這些改正數進行傳輸、記錄、管理或分發。除了服務器之外，數據中心還包括大量的工作站、網絡傳輸設備、電源設備、存儲設備和網絡安全設備，以保證數據中心的安全、可靠、穩定運行。

4.2 參考站

參考站是指以GNSS接收主機為核心，與接收天線、電源、網絡設備、機柜和避雷電路共同構成的GPS單點測量系統。而在國土資源測繪的實際應用中，一個參考站通常是不可行的，因此通常會由多個參考站共同組網構成參考站系統，同時接收衛星數據，連續對在軌衛星數據進行定位跟蹤、采集、記錄，并通過通信網絡將數據傳輸到數據中心進行解算。可以認為，參考站只是衛星數據的接收模塊，它本身并不具備過多的數據分析能力，僅僅是作為數據采集系統來使用。

4.3 通訊傳輸

在國土資源測繪CORS系統，由于需要利用衛星數據進行坐標分析，因此整個系統實際上是一個超級復雜的天地通信體系，它包含衛星與地面參考站的通信、地面參考站與數據中心之間的通信，以及數據中心與用戶移動站之間的通信。其中衛星與地面參考站之間的通信就是平時所說的衛星通信，它是通信衛星本身所具備的功能，一般不需要用戶干預。參考站與數據中心之間的通信則需要由用戶自行搭建，一般采用數字電路傳輸與VPN網絡，參考站和數據中心與數據管理中心在同一虛擬網中，避免參考站數據暴露在外網環境中帶來數據安全問題。考慮到國土資源測繪的效率問題，通常要求系統數據中心與參考站之間的數據傳輸響應時間控制在1s內。數據中心與用戶之間的數據傳輸則采用通用的網絡技術，例如TCP/IP、GPRS等，可以根據實際需求和實際條件來進行選擇。

4.4 用戶終端

用戶終端是由用戶組網并控制的終端設備子系統，硬件上包括GPS接收天線、接收主機和通信模塊三部分。用戶首先通過天線接收GPS 衛星原始坐標數據，然后由接收機進行暫存和預處理，最后由通信模塊將數據發送至數據中心，由數據中心的RTK解算軟件完成差分解算，進而得到測繪結果。

5 CORS系統TRK關鍵技術

CORS系統在本質上看更多的是軟件算法的實現，它通過若干個參考站建立數據網絡，然后獲取精確定位數據，其核心技術在于網絡RTK 解算的算法設計部分。從目前國際上的應用實踐情況來看，主流的RTK技術包括虛擬參考站技術（VRS）、主輔站技術（MAC）以及區域改正數技術（FKP）。

5.1 虛擬參考站技術

所謂虛擬參考站，就是指某移動站附近本不具有參考站，但為了進行RTK計算，通過軟件的方法虛擬建立一個參考站，該虛擬參考站的觀測值是根據其附近參考站的實際觀測值推算出來的，因而在流程上也滿足了RTK計算的基本條件。其基本原理是：用戶移動站首先向數據中心發送自身大致坐標，數據中心會以該坐標為參考，自動篩選出其附近的實際參考站，構成一個最佳參考站系統。通過該參考站系統，由系統計算出GPS軌道、電離層和對流層等誤差改正，經過誤差改正后的數據是一種高精度的差分數據，通過網絡傳輸給用戶移動站。

虛擬參考站技術的優勢在于，它允許用戶在一個較大的范圍內隨意布設參考站，然后通過軟件的手段對實時觀測數據進行處理，建立覆蓋區域范圍內的誤差模型，可以有效地減小電離層、對流層延遲誤差，實現厘米級的實時定位結果。目前CORS系統的虛擬參考站技術，其網內平均平面點位精度已經可以達到1cm以內，網外精度則在3cm以內，高程精度不超過3cm，這對于目前的國土資源測繪工作來說已經足夠了。

5.2 主輔站技術

主輔站技術是CORS系統中用于消除定位誤差的重要技術，其基本原理是：提取參考站的相位距離，然后按照一定的規則對其進行簡化，得到一個公共的整周模糊度水平。由于整周模糊度已經在GPS衛星和接收機中進行了相應的處理，如果把兩個參考站組成雙差時，整周模糊度就會被抵消，也就是說，這兩個參考站的公共整周模糊度水平是一樣的。根據以上思路，將全部參考站相位距離的整周模糊度統一歸集到一個公共水平，再經過計算即可得到各接收機的彌散性誤差和各頻率的非彌散性誤差。

主輔站技術的特點是，它并不要求主參考站必須距離移動站最近。在實際情況中，距離移動站最近的參考站可能是不可用的，或者由于網絡問題不能成功傳輸數據，此時可以任意選擇一個輔站代替主站繼續工作。由于數據中心會將參考站的所有觀測數據下發給移動站，因此哪怕移動站不能解算網絡信息，也能夠通過觀測數據自行求解定位結果。在網絡層面，主輔站技術僅需要由數據中心向移動站發送數據即可，無需雙工通信，這在實際應用中也是一大優勢。

5.3 區域改正數技術

區域改正數實際上就是原始計算數據的一種優化處理，使其精度更高。參考站一方面會采集每個瞬時的同步觀測值，另一方面還會實時地將觀測值發送給數據中心，數據處理中心接收到觀測原數據后，調用相應的算法求解出空間誤差改正參數。這些改正參數會由數據中心下發至覆蓋范圍內的全部移動站，用于空間位置的進一步解算。由于數據的頻繁傳輸存在一定的安全風險，因此在實際使用環節通常需要進行數據加密，即要求解算軟件具備加密功能，在設計和使用環節都比較繁瑣，這些缺陷都有待進一步的研究和完善。

6 結語

隨著CORS系統相關技術的日益成熟，基于CORS的國土資源測繪系統也開始由動態發展到高動態、由準實時發展到實時、由亞米級和厘米級發展到毫米級精度，CORS在國土資源測繪領域的應用優勢正在逐步得到發揮。不難預計，在未來的十年內，借助于CORS系統的應用，我國將逐步建立起一套完善的城市基礎信息服務體系，打造基于實時空間位置信息服務的數字化現代城市。