网络GPS技术（CORS）在开封影像图中的应用

开封市规划勘测设计研究院 王 栋 张德廷

洛阳规划建筑设计有限公司 郭雁军

开封市供水总公司 张 勇

网络GPS技术（CORS）在开封影像图中的应用

开封市规划勘测设计研究院 王 栋 张德廷

洛阳规划建筑设计有限公司 郭雁军

开封市供水总公司 张 勇

一、概述

2010年，开封市规划勘测设计研究院斥资20万元，建设了一个永久连续观测的网络GPS（CORS）基准站。基站位于开封市市区西部，可以利用市区周边的8个高等级控制点解算出4参数和7参数，网络能覆盖方圆30km范围，且点位精度均能满足规范要求。与传统的GPS作业相比，CORS参考站具有作用范围广、精度高和能够野外单机作业等众多优点。经过1年的使用，CORS系统在坐标定位、图根控制、宗地图测绘、影像图像控点测量中得到广泛应用，改变了传统的GPS测量作业模式，极大地提高了测绘工作的效率，在城市测绘中也得到越来越多的应用。

二、CORS简介

1. CORS的定义。卫星定位连续运行参考站网( Continuously Operating Reference Stations，CORS) 是一种将GNSS 导航定位技术、现代通讯技术、计算机技术、测绘技术等多种技术集成在一起的实用性网络系统，能提供移动定位、动态连续的空间框架等空间位置信息服务。

2. 系统组成。连续运行参考站系统可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)技术组成的网络系统，能够实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动提供不同类型的GPS观测值、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS的服务项目。

3. CORS技术分类。CORS技术目前在技术算法上分成VRS、FTK和主辅站技术3类。与常规RTK不同，在VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发送给控制中心。移动用户在工作前，先通过GSM短信息功能向控制中心发送一个概略坐标，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固定基准站，根据基准站发来的信息，整体改正GPS的轨道误差和电离层、对流层以及大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发送给移动站。

三、建立CORS的必要性和意义

1. 提高测绘精度、速度与效率。CORS的建立可以大大提高测绘精度、速度与效率, 降低测绘劳动强度和成本, 省去测量标志的保护与维修费用，节省各项测绘工程实施过程中约30% 的控制测量费用。随着CORS基站的建设和连续运行，能够形成一个以永久基站为控制点的网络，所以，可以利用已建成的CORS网络系统对外开放使用，收取相应的费用。

2. 进行快速预报。CORS的建立可以对工程建设进行实时、有效、长期的变形监测, 对灾害进行快速预报。CORS项目的完成将为城市诸多领域如气象、车船导航定位、物体跟踪、公安消防、测绘、GIS应用等提供精度达厘米级的动态实时GPS 定位服务, 将极大地加快城市基础地理信息系统的建设。

3. 实现真正的城市数字化。CORS将是城市信息化的重要组成部分,并由此建立城市空间基础设施的三维、动态的地心坐标参考框架,从而能够在实时的空间位置信息面上实现真正的城市数字化。

四、CORS工作原理

采用精密星历和精密钟差，采集距离最近的3个参考站的同步观测值进行差分处理，为每个三角形产生一组区域改正参数，通过三角网模拟出该区域内的综合误差改正模型。利用多个基准站观测数据对电离层、对流层、轨道误差等综合误差模型进行优化，同时连续监控参考站数据的完整性。工作时，流动站需要把它的点位信息(GGA数据)，通过GPRS、CDMA等类型的双向数据通讯装置发送给中央控制站。系统根据流动站位置模拟出该点的综合误差，通过正常的RTCM数据将信息发送给流动站，流动站再利用误差改正双差观测值进行常规RTK定位。

五、CORS系统结构及作业流程

1. 系统原理。连续运行参考站系统建立在GPS硬件等技术平台之上，它将尖端科技领域的卫星定位技术、地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机结合在一起，为用户提供了全新、透明、可视、实时的测量服务。

2. 系统作业流程。基准站通过连续不间断的观测GPS卫星信号，获取该地区和该时间段的局域精密星历及其他改正参数，按照用户要求把静态数据打包存储并把基准站的卫星信息发送至服务器GPS软件上的指定位置。

用户单元接收到定位卫星传来的信号，解算出地理位置坐标。用户单元的数据通讯模块通过局域网从服务器的指定位置获取基准站提供的差分信息，之后输入用户单元GPS的OEM板中进行差分解算。用户单元在野外完成静态测量后，可以从基准站软件中下载同步时间的静态数据，以进行基线联合解算。

六、几种GPS测量方法

1. 静态GPS测量。静态GPS测量即载波相位静态相对定位法，目前普遍应用在各个工程项目控制网的观测中，也是最基本的GPS技术，它测设精度高，但是观测时间较长。

2. GPSRTK技术。GPSRTK技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中1台安置在已知坐标点上作为基准站，另外的接收机用来测定未知点坐标。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息传送给流动站，流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级的定位结果。该技术定位速度快、精度高，在平原地区或信号好的地区应用广泛。

3. 快速静态GPS测量法。快速静态GPS测量法是一种新型测量方法，它的优点在于架设时间短，最少只需10min，观测速度快、工作效率高，且流动站移动时不必保持对观测卫星的连续跟踪，测量精度比RTK高，而且在困难地区，比如，高山地区的测设中，快速静态GPS测量法具有其他方法不可比拟的优势。

4. 网络GPS（CORS）测量法。网络GPS（CORS）测量法的作业方法与GPSRTK基本相同，不同之处在于数据链连接，它的数据链连接不是靠电台的无线电，而是靠无线网络信号连接。在开封市，移动联通发射塔已经能够完全覆盖整个测区，所以不存在数据链在无信号情况下断开的情况。

七、应用实例

以测量市区影像图像控点为例，如果按照传统的GPS测量方法，需每天架设基站，另需专人看管，更换基站位置时还需检校其他控制点，并且电台覆盖距离较短，这些都是传统GPS测量方法的弊端。而采用CORS系统，仅需一人手持GPS流动站，即可在市区内任意采集像控点坐标，省时省力，极大地提高了工作效率。

CORS系统的出现将使开封地区的所有测绘工作成为一个有机整体，结束了以前GPS作业系统单打独斗的局面。与传统RTK测量作业方式相比，其主要优势体现在以下几个方面。

1. 为城市测绘工作提供了一个统一的基准，能够从根本上解决不同行业、不同部门之间坐标系统的差异问题。

2. GPS的有效服务范围得到了极大扩展。

3. 采用连续基站，用户可以随时观测，提高了工作效率。

4. 拥有完善的数据监控系统，由于消除或削弱了各种系统误差的影响，还可获得高精度和高可靠性的定位结果。

5. 用户不需架设参考站，真正实现了单机作业，减少了费用。

6. 使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰。

八、精度分析

为了比较精度，我们使用静态GPS测量了其中一部分像控点进行比较，精度如表1所示。

表1 精度分析

根据《城市测量规范》的要求，像控点的点位误差不得大于图上±0.1mm，高程误差不得大于测图基本等高距的1/10。根据表1，最大DX=0.065、最大DY=0.051、最大DH=0.05，因此只要采用正确的测量作业方法，利用网络GPS测设像控点的质量完全符合规范要求。