千尋位置在公路勘測中的應用研究

楊建華

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730050）

0.引言

在跨區域公路勘察設計過程中，測繪屬于非常關鍵的一方面，同時也是貫穿于公路運營整個生命周期的工作，本身具備長期性的特征[1]。科學合理地應用新型測繪技術有利于提升公路勘測設計過程中的測繪效率，所以對千尋位置服務在跨區域公路勘測過程中的應用方向進行充分挖掘，分析其應用的可行性，針對其優勢點進行充分利用，將其價值全面體現出來是很有必要的，對于跨區域公路勘測而言，具有較高的現實意義[2]。

現階段我國公路勘測技術包含較多的測量技術手段，主要有單基站RTK、CORS-RTK、無人機航測、車載激光掃描等。單基站RTK技術有著一定的缺陷性，具體表現為作業準確程度伴隨著距離的增加而逐漸下降[3]，并且經常受到作用距離的限制；區域CORS-RTK技術能夠解決上一種技術存在的各項缺陷，但在跨區域勘測時，也存在作業距離受限的現象[4]，此種類型的網絡較為繁瑣，申請流程復雜，應用到網絡邊界處以后難以確保準確性；無人機航測非常方便和靈活，不過氣候因素對其有著直接的影響，和全天候作業要求不相符。

本次研究從千尋位置定位原理出發，與CORS系統進行對比分析，突出千尋位置在跨區域公路勘測設計中的優勢，并利用實際工程項目對千尋位置在勘測設計中的應用進行分析，驗證其可靠性和數據成果的準確性。

1.千尋位置相關理論

1.1 千尋位置定位

千尋位置是基于北斗衛星系統全球定位系統，同時可以兼容GPS、GLONASS、Galileo衛星定位系統位置數據，是以“互聯網+位置（北斗）”概念為基礎，采用2 200個以上的地面基礎增強站和自主網絡技術開發的側位算法進行大數據計算。北斗地面基礎強化系統將全國單一網絡整合及構建為加強位置服務建立開放型平臺，為全國用戶提供動態厘米級及靜態毫米級定位服務。采用網絡運營模式，整合流媒體和流媒體產業，促進固定應用發展，實現部門、地區及用戶之間的資源調整和數據共享，實現滿足國家產業及大眾市場的準確位置服務需求。

千尋知寸（Find CM）是千尋位置中的重要組成部分，以北斗地基增強基準站為基準，基于CGCS 2000坐標基準框架，為系統內的用戶提供動態高精度厘米級定位服務。千尋位置是基于RTK技術開發的厘米級全國范圍內的定位服務，可以在全國大部分地區提供位置數據服務。通過網絡全天候提供高可用性廣播，可使用產品群內所有種類的終端及應用系統。在服務范圍內，客戶不需要自行建設測量基站。千尋知寸厘米級定位服務隨時都可以連接到國內測量RTK終端設備，云端數據處理及通信服務器長期處于在線狀態，從而達到改善測量作業的效率和提高測量數據質量的目的。千尋知寸將多個衛星定位系統進行充分融合，能夠實現用戶的高精度快速固定；同時采用標準NTRIP協議和RTCM差動電報，滿足多種RTK測量終端使用需求。千尋位置定位原理如圖1所示。

圖1千尋位置定位原理

1.2 網絡連續運行參考站系統

對于連續運行參考站系統來講，本身是將固定基準參考站、計算機、因特網以及數據通信服務相互組合到一起的網絡，該系統作用非常多，可以為用戶提供動態性的服務，有著信息化程度高、數據穩定性良好以及智能化的特征[5]。其中，網絡連續運行參考站系統涉及多個方面，具體表現為參考站、數據計算中心、用戶終端以及通信鏈路等[6]。參考站主要包括衛星接收機和天線，能夠有效提升觀測數據的精準性；數據計算中心能夠對原始數據進行有效合理改正，保障測量結果的完整性及可靠性；用戶終端利用既定通信鏈路接受參考站和數據計算中心解析數據，從而進行準確定位。網絡連續運行參考站系統被稱為CORS，屬于多基站CORS的一種，從多項參考站內獲取觀測數據，由計算中心提供區域數據改正信息，對移動站觀測數據進行改正，在不需要架設參考站環節的基礎上直接和網絡相連接，實施RTK測量工作。

CORS服務工作的實質性目的是提供準確的空間位置數據，在該項工作中，就要求諸多固定參考站進行合理的觀測，采取優選和加權處理的方式，為用戶區域提供精準的數據信息，用戶結合相關改正信息實現實時差分定位，獲取準確空間位置數據。千尋知寸屬于一項動態范圍中的網絡CORS服務方式，定位原理表現為：用戶將概略坐標反饋給千尋網絡，采取因特網為授權用戶提供差分數據，明確具體位置，使用戶接收機固件進行實時差分解算，最終確保相關定位結果的準確性和完善性。

千尋位置定位技術是在原有CORS系統的基礎上，不斷進行迭代更新，結合現代化測繪技術，逐漸發展壯大的測繪新技術，結合北斗地基增強系統，對全國范圍內的一張網進行整合建設，建立全國范圍內的位置服務開放式的共有平臺，為系統內的用戶提供多等級的高精度定位服務，主要包括米級、分米級、厘米級以及靜態后處理的毫米級定位服務。千尋網絡通常是應用虛擬參考站技術實施工作，基本操作原理如圖2所示。

圖2 %CORS系統工作原理

1.3 地基增強系統

地基增強系統被稱為GBAS，其屬于性能良好的一項衛星導航定位基礎設施，能夠最大程度提升衛星導航定位的準確性，為諸多用戶提供精準的定位服務，使用戶能夠清晰準確的進行定位。地基增強系統包含了四項結構，分別是計算中心、用戶終端、基準站網絡和通信模塊，這幾種結構相互組合到一起形成了地基增強系統，基準站網絡的功能是進行合理監測，獲取準確的衛星觀測數據；計算中心的功能是對改正數據進行計算，然后將數據播發出去。

格網VRS是進一步創新和改善以往傳統的VRS服務，使其發揮出應有的作用，當處于計算環節中，依照實際的地理位置來分配參考站網絡的網格，將各項網格點當成一項標準的參考依據，遵循規范及用戶要求，對格網點進行編號處理，借助精度較高的動態性監督數據，確定各格網點位置坐標，形成各項網格點虛擬參考站內的觀測數據。然后以概略坐標為主，分析用戶所處的格網，提供相關的差分觀測數據，以此達到準確性定位的目的。從格網VRS技術實際應用現象來看，主要特點在于使用單向通信，將計算機中心和用戶終端相互連接到一起，對于用戶終端來講，完全不需要將數據反饋給計算中心，在一定程度上大大降低數據獲取時間以及系統復雜度，同時有利于降低通信線路的負荷程度。

千尋地基增強系統的原理與網絡RTK定位技術類似，是利用遍布全國各地的基準站建立一個基準站網，并以這些基準站中的一個或多個為基準，對差分改正信息進行綜合計算并發送給移動站，從而獲取該地區移動站用戶的實時定位數據信息。與常規單基準站定位相比，該方法覆蓋范圍更廣，定位精度更高，可靠性更強，可實時提供厘米級定位結果，進而取代省CORS系統以及單基站外掛電臺，進行公路勘測階段的測量工作。

2.工程實例

2.1 工程概況

本文以千尋知寸網絡CORS為基礎，在測區范圍內布設平面和高程控制網，明確其作業范圍，使用千尋知寸的動態測量服務進行公路勘測設計，以控制點各項坐標差值為基準，對利用千尋位置獲得的控制點坐標進行點位坐標數據校正，在達到轉換坐標目的的基礎上，高效率進行測量，結合以上情況來看，本文對某公路勘測項目中千尋位置技術的應用可行性及成果準確性進行研究，工程項目施工控制網如圖3所示。

圖3施工控制網

千尋位置定位不同于省CORS系統，省CORS系統具有較強的局限性，一般僅在固定范圍內提供高精度定位服務，當涉及跨區域公路勘測時，單一省CORS系統無法滿足勘測需求，數據鏈接較為復雜。千尋位置針對CORS系統存在的弊端進行合理改善，在全國范圍內大量設置基準站，故千尋位置可提供全國范圍內的高精度定位服務，在跨地區的測量過程中，可直接獲取2000國家大地坐標系下的測點坐標信息，如存在不同坐標系，則僅需要在RTK中進行坐標系轉換即可。

2.2 數據分析

本次研究過程中的工程項目所布設的平面控制網，在測區范圍內，共存有GPS控制點19個，同時對GPS控制點也進行了二等水準聯測，各基準點間距約為5～7km，均勻分布于公路沿線。本文以千尋知寸為基礎，基于點校正算法，獲取坐標系間的轉換參數，在測區范圍內均勻選擇10個控制點，所選擇的10個控制點需要對整個測區進行完整覆蓋，點校正殘差計算結果如表1和圖4所示。

表1點校正殘差 單位：m

圖4點校正殘差

利用各個控制點的校正成果數據進行坐標系統轉換參數的計算，然后以轉換后的坐標系統為參考系，采用千尋知寸技術對其他待測量的控制點進行三維坐標采集，并選取剩余9個控制點作為測量點坐標精度檢核點，分別從平面中誤差和高程中誤差對千尋位置測量點位坐標進行精度分析。平面中誤差和高程中誤差計算式如式（1）所示，坐標精度檢核結果如表2和圖5所示。

平面中誤差可根據X、Y方向的中誤差進行求解，如式（2）所示：

式（1）和式（2）中，m為各方向中誤差；△為各方向真誤差；n為檢核點數量。

表2檢核點檢核比測結果 單位：m

圖5檢核點檢核比測結果

由表2和圖5可知：測區控制網平面中誤差為0.0143 m，高程中誤差為0.0205 m，均達到厘米級精度，且轉換后的控制點與檢核點的X、Y、Z方向差值波動較小，滿足公路勘測規范要求，故采用千尋位置進行公路勘測工作。

測量速度較快，大大提高了測量效率，且測量結果能夠滿足規范和使用要求，有利于跨區域公路沿線勘測工作的快速開展。

3.結束語

本次研究通過對千尋網絡CORS及其基本運行原理進行詳細探究，提出了在跨區域公路勘測中應用千尋位置服務的實際思路，依照公路勘測項目案例進行了精度方面的論證，具體獲得的結論如下：

（1）千尋位置中千尋知寸自身可提供厘米級定位服務，精度較高，完全滿足施工作業要求，同時千尋知寸覆蓋范圍較廣，無需單獨架設基站，使用較為靈活，在跨地區測量時無需更換定位服務系統，整體精度較高。

（2）通過工程實例，對跨區域公路勘測初測和定測階段千尋位置定位進行綜合研究。研究結果表明：基于千尋位置的高精度RTK測量成果相對于基于省CORS系統的RTK測量成果，數據可靠性和穩定性顯著增強；針對傳統RTK測量和CORS系統測量存在的較大局限性，千尋位置提供了較好的解決方案，可廣泛應用于較長距離的公路勘測工作，尤其是針對跨省區的公路勘測。

（3）千尋位置整體使用成本要遠低于單基站RTK和省CORS系統，且賬號注冊限制要求較少，單一賬號就能夠滿足多個省市的測量需求，不同儀器設備之間可進行靈活切換，不但能夠節省測量成本，還能夠提高工作效率，提升測量成果質量，具有較高的實用性。