江苏省CORS系统中RTK测量技术研究

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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术
1 概述
江苏省连续运行卫星定位城市测量综合服务系统建设完成后开始在城市测量中进行试运行作业。

在CORS系统中流动站测量点位精度受到卫星分布、电离层干扰、基准站数据等多因素的影响,相比于常规光电测量方法、静态GPS测量,更加具有质量控制不确定性。

现行的城市测量规范或者是国家全球定位系统等各类技术规程,对于RT K测量尤其是CO RS RT K测量质量控制问题缺乏可循条文。

笔者所在单位总结外业测量队近几年的RT K作业经验,以及C O R S 系统建设完成后,在C O R S 系统中进行了一年作业检测,在作业部门试行了一套较为有效的质量控制方法。

我们采用这套质量控制方法,在城市CO RS R TK 测量中进行质量管理取得了很好的效果。

2 CORS 系统中RTK 作业误差的影响因素
在C O R S 系统中影响R T K 实时定位测
量精度的可能因素有测站卫星分布情况(可用卫星数和卫星天空几何分布)、通信质量状况(是否收到VRS改正信息)、系统定位算法的优劣等。

2.1系统处理软件算法的优劣
CORS系统中有几大网络误差算法,主要代表是Trimble公司的VRS(虚拟参考站)技术,Leica公司的主副站技术以及武汉大学的网络综合误差内插法。

这几个算法各有其特点,并且都有成功应用案例,尤其是VRS技术和主副站技术已经在世界多个城市、地区级网络建设中得到普及应用。

不论哪种C O R S 算法,它们都是采用同一种思想,就是将全网架设的所有基准站的数据发送到一个数据处理中心,经过解算,然后统一发送改正数据。

C O R S 采用V R S 技术,它是当R T K 用户在工作前,先通过无线网络发送GG A格式的概略坐标给控制中心,控制中心收到这个位置信息后,根据用户位置,由计算机自动选择最佳的一组固定基准站,根据这些站发来的信息,整体的改正GP s的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误
差,将高精度的差分信号发给移动站。

这个
差分信号的效果相当于在移动站旁边,生成一个虚拟的参考基站,从而解决了R T K 作业距离上的限制问题,并保证了用户的精度。

这种定位算法经过大量的数据测试论证是可靠的、稳定的。

2.2GPS 卫星误差影响
同静态G PS 观测、常规R TK 作业一样,C O R S 中R T K 作业也受到G P S 卫星的各项误差影响,有GPS卫星信号传输上产生的对流层、电离层以及多路径影响,也有因为RT K作业时上空收到的G Ps 卫星分布以及卫星数目的影响,而且卫星分布与卫星数目对于这种瞬时的RT K作业来说,产生的影响更大于静态GPS观测。

在同个测量点因为不同观测时刻卫星分布产生的测量结果较差最大可以达到分米级。

所以选择良好的观测时段、卫星观测窗口尤为重要。

2.3数据通信质量的好坏
CORS中的数据通信链路包括两方面,一是基准站到数据中心的数据传输,另一就是数据中心到RT K用户的无线数据传输链路。

基准站到数据中心的数据传输量大,一般采用专线或者数字电路等方式,对于数据传输速度和稳定性要求非常高,V R S 数据处理软件要求基准站到数据中心的网络延时要小于200ms。

在CORS中,基准站数据通信租用光纤专线。

数据中心将网络差分改正数据发送回用户采用无线通信方式,无线通信的质量会很大影响中心的数据能否及时、可靠地传输给用户。

目前较为理想的无线通信方式有G P R S 和C D M A ,但在移动或者联通个别信号基站覆盖薄弱地区,都会使得C O R S 中R T K 作业无法进行。

从这个角度来看,CORS网络的应用很大程度上还依赖于通信网络信号的发展、普及程度,我们可以预想随着3G技术的到来,会打开这个瓶颈。

3 质量控制方法
在常规边角控制网中,我们使用测边、测角中误差、边长相对中误差以及环线、附和线路闭合差等进行质量检验。

静态GPs控
制网可以从环闭合差、点位中误差、基线相
对精度来对GP s控制网进行检定。

COR S系统中流动站测量的控制点具有相对的独立性,和网络基准站的关系是非线性的,使得测量工作中,如何控制测量精度具有难度。

在C O R S 系统中R T K 作业的质量控制主要从CORS系统设置、作业方法、辅助观测方法检测3个部分进行。

CORS系统设置主要利用COR S数据中心管理软件以及系统监控站进行。

3.1C O R S 系统设置进行系统运行可靠性监测
在C OR S 网络覆盖区域内建设一个永久性流动站,监控系统的运算可靠性。

监控站设在数据中心大楼顶,便于和数据中心有线连接。

监控站设备为一台Trimble R7流动站仪器。

大楼天面的观测墩上安置Trimble zephyr Geodetic天线,天线通过线缆接入到搁置在数据中心R7接收机数据端口。

数据中心管理软件设置一个C O M 口输出的R T C M 差分数据发生器,差分数据通过线缆直接接入到接收机的Po rt 3口,RTK手簿控制接收机的作业状态,接收机主机的Port 2口设置为输出NMEA格式的定位坐标到计算机,计算机的监控分析软件实时跟踪分析监控站的差分定位结果,当监控站定位结果超过限差值时自动发出报警信号。

3.2CORS RTK 作业方法控制
C O R S 系统中可以改进R T K 作业方法来提高R T K 作业精度。

通过大量的测量数据表明,RT K作业过程中通过优化作业过程,可以适时发现仪器摆设、接收机整周模糊度解算错误以及电离层误差等影响。

采用的优化作业方法有:
(1)江苏地区处于低纬度电离层活跃带,尤其夏秋季节因电离层扰动频繁严重影响RT K实时作业精度。

观察COR S系统管理软件中对网络电离层影响跟踪分析图,避开电离层影响峰值时段。

(2)在RTK控制点测量模式下,我们要求测量员摆设脚架,基座对中整平,减少因RT K对中杆倾斜造成的仪器对中误差。

(3)上点测量时,先进行整周模糊度首次解算,不记录该次固定解结果,手簿记录第二次固定解的结果,避免刚上点时固定解解算的整周模糊度错误。

记录连续2次重新初始化后的固定解值,根
江苏省C O R S 系统中R T K 测量技术研究
黄建学
(华东有色测绘院 江苏镇江 212005)
摘 要:本文基于笔者多年从事城市工程测量的相关工作经验,以江苏C O R S 系统中R T K 作业质量的控制为研究对象,探讨了误差的来源、质量控制的方法与精度分析评价,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:CORS系统 RTK作业 质量控制 精度分析中图分类号:T B 22文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(b)-0077-02
表1 已知点检测较差统计表(单位/m )
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据CORS系统2006年9～11月份大量测试数据论证,同时段2次观测值较差应该达到平面≤±3cm,高程较差≤±4cm,超出较差的点需要重新观测检核,取2次测量控制点平均值作为结果。

(4)每个测量点进行连续2次以上的固定解测量,并且选择50％以上的RTK点,间隔4h以上重复上点测量,避免因卫星分布、卫星观测数目等因素造成的影响,重复测量与上个时段测量的较差平面≤±5cm,高程较差≤±7cm。

4 测量结果分析
4.1监测站监测结果分析
监测站24h连续进行实时RTK测量,测量的时间间隔为5s,记录RTK结果值,由监测站的已知坐标,计算各个历元定位结果的误差值,以系统设计平面3cm精度、高程5cm精度作为限差,统计误差值超过限差的定位坐标个数,计算超限定位观测数量占全部观测数量的百分比。

将记录数据进行图上展点,可以得到图l所示的记录点分布示意图。

以已知点位为圆心,作半径为3cm的圆形,可以发现记录点位汇集在圆心位置。

按照<0.010m、0.010-0.030m、0.030～0.050m、>0.050m等区间对定位结果进行统计,结果表明,约96．8％的平面偏差小于O．030 m,约95．1％点位的垂直偏差小于0．050 m。

基本满足全天R T K作业可用性为95％的指标要求。

4.2RTK作业结果分析
测量作业队于2009年5～6月份采用CORS RTK作业方式完成了17km2的1:500数字化地形图控制点测量任务,共测量一级图根控制点245点,统计分析图根控制点
的二次测量较差、全站仪检测边长、高差、角
度等较差,从比较的结果来看,采用的质量
控制措施可以保证RT K作业的点位精度。

(1)在该次作业中,我们检测了10％数
量的已知点,比对RT K测量结果和已知点
的较差,依旧采用静态GPS测量或者导线测
量得到的坐标值作为已知
值,平面较差中
误差统计公式为M
平
=
中误差统
计公式为M
高
=:控制点观
测结果与已知值较差,凡为统计点个数,统
计较差中误差如表1下:
(2)RTK控制点中选取了50％以上的测
量点进行了多时段的重复测量,比较重复
测量结果,平面较差中误差统
计公式为:
M
平
′=高程较差中
误差统计公
式为:M
高
′=
时段观测结果与首次测量结果较差。

统计
所有重复测量检测较差中误差得平面较差
中误差为±0．012 m,高程较差±0．014m。

由RT K点较差比较结果得到平面较差最大
为0．033m,高程较差最大为0．038m,全部小
于质量控制较差的限值。

(3)采用全站仪观测作为辅助检测手
段,分析检测边长j高差、角度3项的中误差
及最大较差值,全站仪共检测边长85条,高
差85个,角度23个,以中误差
统计公式
M′=
RTK测量点对计算边长、高程较差及3个以
上点夹角与利用全站仪观测得到的边长、
高差、角度比较差值,从检测比较的结果来
看,CO R S R TK测量点可以达到一级图根
控制点的精度要求。

5 结语
C O R S中R T K作业精度受到多方面因
素的影响,为了确保实时测量点位精度,我
院采用了多方面措施完善系统作业。

系统
监控站可以实时监控系统的算法可靠性,
监控站的监测结果说明系统长时间的差分
处理是稳定可靠的;野外作业采用更为合
理的作业手段,减少因卫星分布、通信延
时、电离层影响等因素产生的精度损耗;采
用全站仪的辅助手段也是为了进一步检测
测量结果的可靠性。

如此种种手段,会增加
一定程度的作业量,但是C OR S RT K作业
是一种新见的作业方式,是测量手段的一
次巨大变革,在相应的规程确定前,我们采
用的质量控制方法确保了实时测量点位的
精度。

参考文献
[1]戴建清．GP S差分定位技术在桥梁检测
中的应用．科技资讯．2007(3):23-24．
[2]杜国庆,龚越新．JSCORS的基准站分布
设计与试验．科技创新导报．2007(3):
17-19．
2.2坝顶照明改造
大坝是三峡旅游行程中最重要的景点,坝顶照明景观也是企业形象的重要标志和窗口,因此,需将大坝照明改造为太阳能风力发电路灯(目前大坝照明为节能型70W路灯1279盏)。

太阳能风力发电路灯的组成为太阳能电池板、免维护蓄电池、LED灯光源(10～70W)、风光互补控制器及灯杆及风力发电机。

太阳能风力发电路灯的一般照明时间为(6～9)小时×(2～7)天。

由于太阳能风力发电路灯的工作时间取决于日照时间及风速,受天气影响较大,因此改造需要专门论证,以日照时间及风力等气象因素确定太阳能电池板及蓄电池的大小。

另外,太阳能风力发电路灯同样可以根据光线强度、人流量等决定投运数量和时间,其控制由风光互补智能控制器完成,智能控制器可以感知外界光线强弱,到设定开灯时间或光照不足时,自动开启照明,并以弱光投运半小时后自动转为强光,到设定关灯时间或天亮时,转为晨光运行直到天亮时控制器
自动停止向负载供电,灯泡熄灭,最后自动
转换为太阳灯电池板通过控制器向蓄电池
充电的状态。

2.3景观照明的节能改造
目前三峡坝区景观照明主要是方便游
客观看泄洪景观的泄洪坝投光灯4kW60
盏、观看大坝外形的120平台投光灯
2kW468盏,这些灯具每年耗电近500万度,
耗电量惊人,因此也需要对大坝景观照明
进行节能改造。

2.3.1 将金卤灯更换为光效更好、损耗
更低、寿命更长的L ED灯
金卤灯由于后期的衰减特性,使用一
段时间后,实际光效大大降低,简单的说,
目前4k W的金卤灯实际照明效果只有其功
率的50%～60%,因此可按金卤灯功率的
50%～60%更换成LED灯,以此降低能耗。

2.3.2 以客流量决定景观灯的开启数
量
游客一般在傍晚观看大坝外景,大坝
景观照明灯采用分时段控制的方式,即在
(24:00～6:00)减半开启,或采取更多的时间
段控制,达到既满足游客需要,又节能的目
标。

按以上方案改造节能数据统计如表2:
运行时间一回按照19:00～6:00、二回
按照19:00～2:00、4:00～6:00,三回按照19:
00～24:00、5:00～6:00)进行统计计算,改造
前用电量为10095838kWh,改造后用电量
为4302667kWh,节电率57.4%,节能降耗显
著。

3 结语
三峡坝区的照明节能还可以采取全智
能控制方式:所有节能灯安装智能控制器,
根据亮度、车流量或客流量自动决定灯具
的启停。

总之,三峡坝区照明节能改造的可
以通过以下方式进行改造:①采用新技术
新产品,使用能耗低的灯具;②依据现场工
况,智能化控制照明灯具的运行,以此达到
节能降耗、绿色环保的目标。

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