应用大连CORS的工程测量案例分析

应用大连CORS的工程测量案例分析
作者：陈良俊
来源：《科技创新导报》2013年第10期
摘要：该文基于笔者多年从事城市工程测量的相关工作经验，以某1：500测量任务为工程背景，探讨了基于CORS系统的RTK测量误差的来源、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：TB22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-02
大连市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RTK测量尤其是CORS RTK测量质量控制问题缺乏可循条文。

1 CORS系统中RTK作业误差的影响因素
在CORS系统中影响RTK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。

如图1所示。

图1 CORS系统中RTK作业误差的影响因素
1.1 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CORS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。

CORS采用VRS技术，它是当RTK用户在工作前，先通过无线网络发送GGA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GPs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。

1.2 GPS卫星误差影响
同静态GPS观测、常规RTK作业一样，CORS中RTK作业也受到GPS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RTK作业时上空收到的GPs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RTK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。

1.3 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RTK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，VRS数据处理软件要求基准站到数据中心的网络延时要小于200 ms。

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。

2 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GPs控制网进行检定。

CORS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CORS系统中RTK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CORS数据中心管理软件以及系统监控站
进行。

2.1 CORS系统设置进行系统运行可靠性
监测
在CORS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COM口输出的RTCM差分数据发生器，差分数据通过线缆直接接入到接收机的Port3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。

2.2 CORS RTK作业方法控制
CORS系统中可以改进RTK作业方法来提高RTK作业精度。

通过大量的测量数据表明，RTK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以下几点。

（1）大连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RTK 实时作业精度。

观察CORS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RTK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。

2.3 辅助观测手段进行检测
在城市测量中，RTK控制点很大程度是为满足图根导线布设需要，所以在应用中，我们建议采用全站仪作为RTK测量结果检测的辅助观测手段进行。

全站仪观测RTK对点的边长、高差以及3个点以上互为通视时的夹角。

成对布设的控制点作为起算点时需要使用全站仪进行边长和高差检核，根据《城市测量规范》中一级图根控制点要求，边长相对误差较差≤±1/5 000，检测高差与CORS测设较差≤±0.4×5 m（5为观测斜距，单位为千米），3个以上点需要检测角度较差，角度较差≤±60″。

3 测量结果分析
3.1 监测站监测结果分析
监测站24 h连续进行实时RTK测量，测量的时间间隔为5 s，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3 cm精度、高程5 cm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，以已知点位为圆心，作半径为3 cm的圆形，可以发现记录点位汇集在圆心位置。

按照0.050 m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0.030 m，约95.1%点位的垂直偏差小于0.050 m。

基本满足全天RTK作业可用性为95%的指标要求。

3.2 RTK作业结果分析
测量作业队于2010年5—6月份采用CORS RTK作业方式完成了17 km2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RTK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RTK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，高程较差中误差统计公式为：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所示。

（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：，高程较差中误差统计公式为：
△′为RTK控制点间隔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±0.014 m。

由RTK点较差比较结果得到平面较差最大为0.033 m，高程较差最大为0.038 m，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
计算各项检核中误差，△′为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，CORS RTK测量点可以达到一级图根控制点的精度要求。

4 结语
CORS中RTK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CORS RTK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
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