內(nèi)容提要:CORS(ContinuousOperationalReferenceSystem),是由一個或若干個固定的連續(xù)運(yùn)行GNSS參考站(永久參考站)組成,將衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)管理技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集于一體的系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:CORS、數(shù)據(jù)中心、參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)
連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站,利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò),實(shí)時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測值(載波相位、偽距),各種改正數(shù)、狀態(tài)信息,以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。
CORS集網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、GPS主板技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的發(fā)展成就于一身,是目前GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個方向,它的產(chǎn)生彌補(bǔ)了一些傳統(tǒng)的RTK的不足,促進(jìn)了GPS在測量和其他領(lǐng)域的應(yīng)用。
CORS由數(shù)據(jù)中心、參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)組成。其中,數(shù)據(jù)中心又由用戶管理中心和系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心組成。
1.數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心是系統(tǒng)安全運(yùn)行和連續(xù)不斷提供定位服務(wù)的保證。該子系統(tǒng)又分為用戶管理中心和系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心兩部分。它由服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、電源設(shè)備(包括UPS)、
數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、系統(tǒng)安全設(shè)備等組成。負(fù)責(zé)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)分析、處理、計(jì)算和存儲,VRS系統(tǒng)建模,VRS差分改正數(shù)據(jù)生成、傳輸、記錄、數(shù)據(jù)管理、維護(hù)與分發(fā),同時向用戶提供服務(wù)并對用戶進(jìn)行有效管理。
2.參考站子系統(tǒng)參考站子系統(tǒng)是衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收功能模塊。它由接收機(jī)、天線、電源(包括UPS)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)柜、天線墩標(biāo)和避雷系統(tǒng)組成,主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星定位跟蹤、采集、記錄和將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂坪蛿?shù)據(jù)管理中心。各個參考站可以作為區(qū)域RTK單參考站。
3數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)包括各個參考站與數(shù)據(jù)中心的通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心與用戶流動站的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心與參考站之間的數(shù)據(jù)傳輸,要求工作可靠穩(wěn)定,反應(yīng)時間比較短,控制在1s內(nèi)。由于目前有GPRS和CDMA無線上網(wǎng)技術(shù)支持,因此只需將數(shù)據(jù)中心鏈接萬維網(wǎng),即可實(shí)現(xiàn)客戶端采用GPRS和CDMA無線網(wǎng)路訪問數(shù)據(jù)中心。參考站與數(shù)據(jù)中心通信系統(tǒng)采用數(shù)字電路傳輸與VPN網(wǎng)絡(luò),參考站和數(shù)據(jù)中心與管理中心在同一虛擬網(wǎng)中。
4用戶應(yīng)用子系統(tǒng)用戶應(yīng)用子系統(tǒng)是系統(tǒng)的最終用戶。它由GPS接收天線、GPS數(shù)據(jù)接收機(jī)和通信子模塊組成。用戶通過天線接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù),并用接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和處理,通過通信模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送到控制與數(shù)據(jù)管理中心,并最終接收控制與數(shù)據(jù)管理中心差分解算數(shù)據(jù)。
一、按基站數(shù)量來分CORS主要分成以下幾類:
1、單基站CORS
是單參考站模式,采用常規(guī)RTK技術(shù),由每一個參考站服務(wù)于一定作用半徑內(nèi)所有的GPS用戶。就是只有一個連續(xù)運(yùn)行站,類似于一加一的RTK。
2、多基站CORS
分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺連續(xù)運(yùn)行的基站,每一個基站都是一個單基站系統(tǒng),由控制軟件自動計(jì)算流動站與基站間的距離,將距離近的基站差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給流動站。嚴(yán)格意義上講是多個單基站的集合。
3、網(wǎng)絡(luò)CORS
用多個基準(zhǔn)站構(gòu)成一個基準(zhǔn)站網(wǎng),通過各基準(zhǔn)站的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出改正數(shù),對流動站的觀測值進(jìn)行改正。網(wǎng)絡(luò)CORS的精度覆蓋范圍為網(wǎng)內(nèi)及網(wǎng)外30公里,且精度分布均勻。
二、按應(yīng)用技術(shù)來分CORS可以分為以下幾類:
1、虛擬參考站(VRS,VirtualReferenceStation)
是由HerbertLandau(蘭道)博士提出的基于VRS(VirtualReferenceSystem)理論的虛擬參考站系統(tǒng):
利用多個基準(zhǔn)站構(gòu)成一個基準(zhǔn)站網(wǎng),在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值,借助廣域差分GPS和具有多個基準(zhǔn)站的局域差分GPS的基本原理和方法來減弱或消除各種誤差的影響,同時根據(jù)用戶流動站的概略位置生成一個虛擬的參考站來改正流動站的各項(xiàng)誤差,并在動態(tài)環(huán)境下完成流動站模糊度的搜索求解,在整周未知數(shù)固定后即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理,只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形,則流動站可實(shí)時達(dá)到厘米級的定位結(jié)果。
2、區(qū)域改正參數(shù)(FKP,F(xiàn)lächen-Korrektur-Parameter)
是由CEO++公司GerhardWuebenna(吳伯納)博士提出的全網(wǎng)整體模型區(qū)域改正參數(shù)(又稱FKP技術(shù))。
FKP是指利用GPS基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)(相位觀測值和偽距觀測值等)及基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)等信息,計(jì)算得到基準(zhǔn)網(wǎng)范圍內(nèi)與時間或空間相關(guān)的誤差改正數(shù)模型,然后利用測量點(diǎn)的近似坐標(biāo)內(nèi)插出測量點(diǎn)的誤差改正數(shù),將它應(yīng)用到觀測值中,從而消除各種與時間和空間有關(guān)的誤差,獲得高精度的定位結(jié)果。數(shù)據(jù)處理中心廣播主站的觀測值(與常規(guī)RTK相同),同時通過RTCM59廣播一組模型參數(shù)。流動站根據(jù)自身位置和主站位置,以及與距離有關(guān)的模型參數(shù)計(jì)算改正值,并用計(jì)算出的改正值改正觀測值,從而進(jìn)行RTK定位。
3、主輔站技術(shù)(MAX,Master-AuxiliaryCorrections)
數(shù)據(jù)處理中心廣播主站觀測值(與常規(guī)RTK相同),同時通過RTCM3.11014~1017消息發(fā)送一組輔站數(shù)據(jù)(為了減低傳輸負(fù)擔(dān),只發(fā)送輔站改正數(shù)與主站改正數(shù)的差值,以及輔站坐標(biāo)與主站坐標(biāo)的差值)。流動站收到廣播消息后,計(jì)算自身位置的改正數(shù),并加到觀測值中,進(jìn)行常規(guī)RTK定位。
4、iMAX(IndividualMAX)
原理與MAX原理基本相同只是增加了以下功能:增強(qiáng)了個人的應(yīng)用;流動站發(fā)送GGA;易于監(jiān)控和管理流動站用戶權(quán)限、作業(yè)。
5、南方網(wǎng)絡(luò)參考站技術(shù)(NRS)NetReferenceStation
NRS(NetReferenceStation)是南方測繪自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)CORS技術(shù),在最新的虛擬參考站技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展和延伸,為不同類型、不同需求的用戶提供RTK、DGPS、靜態(tài)或動態(tài)后處理、及現(xiàn)場高精度準(zhǔn)實(shí)時定位的數(shù)據(jù)服務(wù).
三、CORS的應(yīng)用
1、大地測量:建立區(qū)域大地測量控制網(wǎng);
2、水準(zhǔn)測量;
3、航測攝影測量;
4、工程放樣;
5、地形、地籍和房產(chǎn)測量;
6、管線測量;
7、形變與沉降測量等。
四、精度:
CORS是NRTK的數(shù)據(jù)平臺,參考站布設(shè)直接影響到NRTK模糊度解算效率和參數(shù)估計(jì)精度。
(1)空間均勻性:平面方向,高程方向均勻布設(shè)CORS參考站,可以提高空間相關(guān)誤差內(nèi)插的
精度。在地形起伏較大的地區(qū),布設(shè)CORS參考站時,應(yīng)在高程方向也均勻布設(shè)站點(diǎn),這樣可以提高對流層濕分量內(nèi)插的精度。
(2)尺度因子:CORS站點(diǎn)間距越長,覆蓋范圍大,但站點(diǎn)空間相關(guān)誤差相關(guān)性小,內(nèi)插精低。
使用CORS進(jìn)行測量時,我們應(yīng)該注意的是所測點(diǎn)位的平面和高程精度。精度不是以前的acm+bppm,在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi),精度始終是較為固定的厘米級的精度,是精度均勻的實(shí)時動態(tài)定位。
在有不同等級精度要求的測量作業(yè)時,需要事先計(jì)算為達(dá)到某一精度時需要測量的次數(shù)。具體公式如下:
n=б。²/б²
б。是標(biāo)稱精度、б是想要得到的精度。我們假設(shè)每一次測量是獨(dú)立的。平面標(biāo)稱精度3厘米,高程標(biāo)稱精度5厘米。對于平面和高程分別計(jì)算出n,然后以較大的n為基準(zhǔn),取最近的整數(shù)作為最后的次數(shù)。
五、求解轉(zhuǎn)換參數(shù)
1、在CORS網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),應(yīng)該采用一個轉(zhuǎn)換參數(shù)。參數(shù)加密、用戶不用輸入七參數(shù),這也就
減小了人為輸入而造成的錯誤
2、采用分區(qū)的方法:當(dāng)進(jìn)行兩種不同空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度除取決于坐標(biāo)
轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型和求解轉(zhuǎn)換的公共點(diǎn)坐標(biāo)精度外,還和公共點(diǎn)的多少、幾何行狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。因?yàn)榈孛婢W(wǎng)可能存在一定的系統(tǒng)誤差,且在不同區(qū)域并非完全一樣,所以采用分區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)。分區(qū)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,可以提高坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度。
測區(qū)在已知高等級GPS網(wǎng)點(diǎn)的控制范圍之內(nèi),選取已知點(diǎn)。一般四到五點(diǎn),也可以進(jìn)行組
合選取殘差小的已知點(diǎn)(一組已知點(diǎn))求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。
****平面轉(zhuǎn)換********高程轉(zhuǎn)換****
參與計(jì)算的點(diǎn)數(shù):N參與計(jì)算的點(diǎn)數(shù):N
最大轉(zhuǎn)換誤差:0.0079m最大轉(zhuǎn)換誤差:0.0027m
轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)
DN=HO=
DE=
X0=
Y0=
α=
K=
注意查看最大轉(zhuǎn)換誤差值的大小。
六、操作步驟和注意事項(xiàng):
(一)操作步驟:
接收機(jī)正常跟蹤衛(wèi)星—手簿正?刂平邮諜C(jī)—接入控制中心—接收到差分信號—形成差分—得到固定解—檢測精度。
(二)注意的事項(xiàng):
1、使用CORS流動站進(jìn)行觀測時,應(yīng)盡量避免在高大建筑物、高壓塔、強(qiáng)電磁波干擾源、大面積水域以及樹林附近進(jìn)行觀測。在以上區(qū)域作業(yè)應(yīng)該采用先在較遠(yuǎn)處用CORS做點(diǎn),然后使用全站儀進(jìn)行觀測。
2、手簿與接收機(jī)、流動站與控制中心、通訊終端與接收機(jī)等連接斷開時,需要重新設(shè)置流動站。每一次與控制中心連接斷開并重新連接時,一定要在原有重合地物上進(jìn)行檢核,互差不超過限差時方可繼續(xù)測量。
3、在信號受影響的點(diǎn)位,為了提高效率,可以將儀器移到開闊地點(diǎn)或升高天線,待獲取固定解后再保持對衛(wèi)星跟蹤的前提下慢慢移回待定點(diǎn),一般可以初始化成功,也就是所說的OTF法。
4、如果大地水準(zhǔn)面的精化范圍不是覆蓋整個CORS,那么有一部分地區(qū)不在大地水準(zhǔn)面精化的范圍內(nèi)。在進(jìn)行高程點(diǎn)測量時,采用局部內(nèi)插和大地水準(zhǔn)面精化兩種方式。在重合范圍內(nèi)測量可采取兩種方式,以大地水準(zhǔn)面精化為主,局部內(nèi)插為輔,兩者之間互差應(yīng)小于1cm.在其余地區(qū),推薦使用局部內(nèi)插,因?yàn)榇蟮厮疁?zhǔn)面精化成果外推可靠性沒有保證。
在進(jìn)行高程點(diǎn)測量時,流動站測量之前應(yīng)在已知等級水準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行檢校,所測值與已知值之差在誤差范圍內(nèi),方可進(jìn)行下一步測量。
參考文獻(xiàn):《連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用》科學(xué)出版社
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