CORS 系统在内河航道测量中的应用浅析

CORS 系统在内河航道测量中的应用浅析
伴随着卫星定位技术、无线网络技术、计算机电子技术等的发展以及交叉融合，于是在上世纪90年代提出网络实时动态差分概念，也即人们熟知的RTK，在本世纪初，RTK逐渐成为商业软件，实时动态差分技术开始与虚拟参考站技术、主辅站技术等交叉融合，逐渐从简单的单一基站走向了多基站的网络RTK，扩大了基准站的覆盖范围以及工作效率，同时又在网络RTK的基础上建立起CORS系统，也即连续性卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，CORS）。

CORS将计算机技术、网络技术、数据通信技术等有机组合起来建构一个网络，实现实时向不同类型、不同需求、不同层次的用户智能化提供检测的GPS数据。

在内河航道测量上，传统方式剖面法，是先设计出航道的剖面位置，然后准确定位剖面断点，实时采集剖面断点的数据资料，该作业方法程序复杂。

随着GPS 技术的发展，CORS技术日益成熟，其在内河航道测量中也得到广泛应用，取得显著成果。

1 CORS系统概述
1.1 系统组成
CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户系统等部分组成，数据传输系统将位于不同地方的基准站和监控中心连接起来，形成了一个专有的数据网络系统。

基准站网就是由位于不同地方的基准站组成的，其在空间是均匀分布在各地，组成了一个覆盖大面积地区的基准站网，供相关测绘工作使用。

数据处理中心是CORS系统的核心，其是实现高精度、實时动态性定位的关键，数据处理中心全天候24h接收来自基准站的数据，并严格按照规定程序、办法等对数据进行科学分析处理，最终形成多基准站差分定位数据，形成具有一定格式的数据传输给对应的各个用户。

数据传输系统专门负责CORS系统内所有的数据传输任务，如：利用光纤专线将基准站的数据传输到监控中心。

数据播发系统就是通过移动网络、电台等方式向用户发送定位数据资料。

用户应用系统则主要包括用户信息接收系统、RTK定位系统、快速精密定位系统、导航系统、监控定位系统等。

1.2系统工作原理
基准站负责采集GPS卫星观测数据并将其传输给数据处理中心，然后数据处理中心进行数据的分析、处理，自动生成具有相应数据格式的数据，将其通过数据传输系统传输给用户。

如下图所示为CORS系统的运行流程。

与传统的RTK技术相比，CORS系统的覆盖范围广，且不受地形条件等的限制。

无需假设参考站，并能实现单机作业，具有成本低、效益高的特点；运用现代信息网络技术进行数据的传输，能保证数据传输的安全；定位测量精度高，能有效避免出现因临时基站导致的数据偏差。

2 CORS系统在内河航道测量中的应用分析
2.1 基准站的建立
合理选择基准站地点是保证CORS系统发挥作用的基础，关系到系统能否正常稳定运行。

一般情况下，选址原则为：1.尽量远离高大的树木、建筑物、海滩、积水地带等，基准站距离这些地方应大于200m；2.避开铁路、公路等容易产生较大振动的地点；3.远离电磁干扰以及雷击区；4.避开地质构造不稳定地区，如：断层破碎带、易发生滑坡泥石流等灾害的地区；5.选择便于介入通信网络的地点。

6.应具有稳定的交流电电源，保证系统供电的安全、可靠、稳定。

选择好各个基准站后，进行基准站网的合理布局。

例如：在长江宜昌段的航道测量中，某单位结合航道的辖区分布特点选择4个基准站，布设基准站网，覆盖面积>3000km²。

2.2 基准站测试
对各个基准站的周围环境、网络软件的计算能力、流动站RTK作业效率等进行测试，采集准确的实地数据，进行基准站的测试。

分析各个基准站能跟踪到的卫星数量，分析其24h内出现的周跳情况，分析接收机是否存在时钟复位以及时钟漂移现象，检测数据质量等。

某内河航道测量项目中，通过严密的基准站测试分析，发现各个基准站在最恶劣条件下接收的卫星数目均能满足基准站建立的最低要求，通过对数据的价值、多路径效应以及数据的获取率等建设连续基准站网，各个基准站之间的间距在37-65km之间，平均间距为48.6km，覆盖范围适中，能实现对内河航道的基础测量、船舶导航、航标监控等需求。

2.3 基准站结构与设备
一般来说，基准站是由观测墩和仪器室组成的。

其中，观测墩主要负责GNSS 天线观测的支撑。

在建设中，先在观测墩柱内部预埋PVC管道，用于铺设天线电缆。

对仪器墩外部采取相应的防风、保温措施，保证仪器能正常运转。

根据实际情况采取有效的隔热、防震等措施，做好室外天线的接地工作，建设防雷接地网，其中，接地电阻<5Ω。

采用扼流圈天线，其能最大限度降低多路径效应。

仪器室，顾名思义就是用来放置基准站相关设备的房间，其距离观测墩的距离应在允许范围内，并且要求有安全可靠的网络信号接入以及交变电电流接入，对房间采取有效的散热、通风措施，确保相关设备能长时间不间断的正常运转，尽量降低室内温度。

为避免出现断电现象，采用不间断UPS作为备用电源，在市电断开时能立即自动启动UPS电源系统，保证供电的可靠。

所有设备都要做好接地处理。

2.4 建立监控中心
首先需要建立数据处理系统，其要对基准站传输过来的各种数据进行分析处理，对不同基准站的数据进行综合处理和分流，并建立误差模型，有效降低误差，提高精度。

运用RTK技术实现数据的计算。

编写不同精度级别的软件程序进行数据的处理，从而得到不同精度的数据。

例如：对于测绘、规划建设、变形监控等业务的事后差分定位上需要有原始测量数据作为支撑。

又如：相位差分修正数据服务于厘米级、分米级定位的用户。

为实现信息的安全、稳定传输，需要建构与城域网、广域网连接的网络中心，将内部网与外部网分离开来，确保网络的安全，并采用专用服务器进行网络运行、管理意见监控。

建立数据播发系统，操作人员通过登陆播发系统将差分数据传递给各个用户。

建立用户管理中心，专门负责用户测量数据、用户权限、用户等级、用户查询等的管理。

2.5 案例分析一
前文全面介绍了在内河航道测量中运用CORS系统的建立过程，建立好CORS 系统后就开始进行内河航道测量工作。

下面以岷江（乐山-宜宾段）航道测量项目为例，详细介绍如何运用CORS系统实现测量，并对测量精度进行评估。

本次项目的坐标系采用54北京坐标系，高程为56黄海高程。

2.5.1 设备仪器
外业中采用中海达V8进行数据采集，采用海鹰1600数字测深仪以及专用的测量船。

2.5.2 坐标系转换
在本次测量中，内河航道的坐标系采用54北京坐标系以及56黄海高程，在单移动站数据采集中，其只能采集到WGS84坐标系的坐标，因此我们必须实现坐标系之间的转换。

在本次项目中，采用四参数转换法进行坐标系的转换，选择出几个控制点，采用四参数转换法进行坐标系的转换，通过验证表明，四参数转换法能保证坐标的准确，是可行的。

2.5.3 外业数据采集
本次项目采用海鹰1600数字测深仪以及中海达自由行数据采集软件开展外业数据采集工作，测量出坐标、高程、坡比、纵深等数据资料。

2.5.4 内业数据处理以及录入
先对测量的原始数据资料进行检查，若没有问题，例如，不存在假水深等数据；若存在個别错误的数据，则须立即对其进行相应的修正，从源头上确保测量精度，接着运用南方CASS软件绘制成图。

在本次项目中，采用南方CASS7.1成图系统进行地形图的绘制，并采用纵向分幅。

例如：采集到内河航道的三维坐标，然后将测得的各个点水深系数拓展到航道平面图中，因为船行路线不可能与设计的剖面线完全一致，因此站点数据是弯曲的曲线，我们则可以根据这些点之间的相互关系绘制出航道的实际剖面线，反映出航道剖面位置的地形状况。

将各个测量点的三维坐标录入到excel表格中，计算出相应的高差、平距、坡比、高程、护坡岸线长度等，逐步完善相关数据资料，生成初始的数据报表。

2.5.5 精度分析
为验证CORS系统在内河航道测量中的精度，本次项目特对采用CORS系统进行的内河航道测量与采用RTK技术测量获取的数据进行对比分析。

在测量工作中，由于两种测量方法没有水下公共点进行对比分析，而且水上水下测量采用同一套系统，故而消除系统误差的出现，对此我们采取沿岸的公共点进行对比试验分析。

对5个公共点的三维坐标以及高程进行对比分析，平面误差在20mm 以内，高程最大误差为11mm，均在允许范围内，这表明运用CORS系统进行内河航道测量是可行的，能完成水下地形测量工作。

除此之外，对比CORS系统与传统RTK技术发现，CORS系统具有测量迅速、精度高、信号稳定等优点，其能
有效缩短测量周期，减少作业准备时间。

系统稳定运行，能收到稳定的差分信号，保证定位的精度，由于自动化程度较高，故而无需过多的维护工作，非常适宜内河航道维护性测量。

在测量过程中，其没有出现信号中断等不良事件，基准站能稳定运行，节约时间。

2.6 案例分析二
沱江（自贡-泸州段）航道的水深测量项目中，其采用CORS系统进行航道无验潮水深测量，通过准备工作、外业测量、数据处理等环节，将验潮测量水深与无验潮测量水深数据进行对比分析，发现差值在0.1m内，通过与传统RTK测量方法对比，证明无验潮测量水深方法是可行的，能减少测量工作任务，无需因航道段之间的潮位落差而更换潮位站，有效缩短了测量周期，节约时间。

结束语
随着科学技术的快速发展，CORS系统也快速发展起来，其在内河航道测量中的优势也凸显出来，并经多个内河航道测量项目实践验证其是可行、可靠的。

相信在未来其还将不断完善，在内河航道测量中发挥更大的价值。

参考文献
[1] 王林，孙荣发.利用测深仪、CORS、AutoCAD的内河航道水深测绘方法探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（24）.
[2] 刘文军，陈文哲，王一丰等.CORS在内河航道水深测量中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（5）.
[3] 吴春花.CORSRTK在甬江航道无验潮水深测量中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2011，（24）.
[4] 高志锋.CORS结合测深仪在航道普查中的应用[J].中国水运（下半月），2013，（11）：313-314.
[5] 李新书.长江宜昌航道CORS系统建设与应用[J].水利信息化，2011，（3）：59-63.
[6] 王锴华，杨海龙.内河航运CORS系统动态测试新方法[J].水运工程，2014，（11）：19-23.。