HeNCORS系统在水利工程测量中的应用

商治河

(河南省水利勘测有限公司 河南 郑州 450003)

0 引言

连续运行参考站系统 (Continuously Operating Reference Stations，CORS)是集成了卫星定位（GPS、GLONASS、COMPASS、GALILEO等）、通讯、有线及无线网络和气象采集等技术，是一个不间断地面信息源采集系统，是坐标框架建设和维持的主要技术手段和基础设施。CORS系统可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS基准参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位，伪距)、各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统。

传统的GPS RTK测量技术需要测区附近控制点点位数据，需要专门架设基准站，而且基准站的RTK改正数只在基准站有效距离内才有效，作业范围受到一定的距离限制。而CORS将网络化概念引入到了大地测量应用中，CORS信号来自遍布全省各地的基准参考站。网络RTK使用了一组覆盖大面积的参考站所提供的改正数信息，增大了覆盖范围、最佳的可靠性、更快捷的流动站的初始化、均质的高精度、更高的生产率。CORS集成了卫星导航定位、数字通讯、网络等技术，形成了一个不间断的地面信息采集系统。CORS基准站在接收了多颗卫星数据后，将数据通过网络技术传输到控制中心。控制中心对这些数据进行预处理，去掉一些所谓的坏数据，并比照全球卫星导航系统所提供的星历和卫星轨道数值转化为定位导航数据，处理成终端用户所支持的数据格式，再根据用户的位置和具体要求，将相应精度数据发送到不同的签约用户终端。

1 HeNCORS系统基本概况

河南省连续运行参考站系统（Henan Provincial Continuously Operating Reference Stations，简称HeNCORS）项目是河南省测绘局“十一五”规划及河南省测绘局发展规划重点项目。该项目由河南省测绘工程院与河南省地质矿产勘查开发局联合建设，武汉大学提供技术方案和数据处理服务，河南省气象局和中国移动河南分公司协助建设，瑞士徕卡公司、美国天宝公司负责相应软硬件、技术支持、咨询和调试服务。

HeNCORS旨在河南省建立一个高精度、高效率、高覆盖率的全球导航卫星系统（GNSS）综合信息服务网，把GNSS这一高新技术综合应用于河南省境内的大地测量、工程测量、气象监测、地震监测、地面沉降监测以及城市地理信息系统等领域，同时兼顾公共定位服务，以满足日益增长的城市综合管理与现代化建设的需求。它是卫星导航定位技术、测绘学、气象学、地理信息系统与现代通讯技术等的有机结合。HeNCORS不仅可以向不同测绘用户提供高精度、连续的时间和空间基准，并可向其它专业用户提供导航、时间、灾害预报等领域提供各种数据服务。

图1 HeNCORS系统站点分布图

1.1 站点分布

HeNCORS系统2010年12月建成，在省内共建设56个连续运行参考站，覆盖整个省域，参考站间距最长90km，最短10km，平均站间距离61km。站点分布如图1。

1.2 系统组成

HeNCORS网络是以控制中心为中心节点的遍布河南省的星型网络。系统的网络协议采用TCP／IP,服务器操作系统采用Window 2003 Server,工作站操作系统采用Window XP。HeNCORS系统由参考站子系统 （Reference Station Sub-System,RSS）、数据通讯子系统 （Data Communication Subystem,DCS）、控制中心（System Management Center,SMC）、数据分发系统 （Data Distribution System,DDS）、服务系统（User Services Sub-System,USS）组成，HeNCORS各个子系统组成如下图(图2)。

图2 HeNCORS系统组成简图

表1

1.3 系统精度指标

HeNCORS系统技术主要包括定位和导航两部分，如表1。

2 HeNCORS系统的运用

HeNCORS系统和RTK实时卫星定位系统原理一样，利用GPS差分定位技术，获取实时差分定位解。用户须到CORS中心申请一个用户账号（用户名），获得一个CORS系统差分信息接收器，按流量缴纳一定的网络使用费，CORS系统差分信息接收器移动或联通公司（GSM、GPRS、CDMA等）的系统差分信息。用户配置一台或多台双频GPS卫星定位接收机，就能展开外业测量工作。

在不同水利工程测绘项目中，每个测量项目都要有一个测量坐标系统，由于HeNCORS系统提供的是WGS84坐标系，与测量项目实际坐标系不一致，所以要进行WGS84坐标与测量项目实际坐标（西安80坐标系、北京54坐标系、独立坐标系等）之间进行转换，也就是求出WGS84坐标与测量项目实际坐标的转换参数。转换参数常用7参数法，转换参数的获取常用以下两种方法：

（1）测区内或周边有多个国家高等级（D级以上GPS）控制点，控制点有精确WGS84坐标和相应的直角坐标成果，选择分布均匀且能控制整个测区的4个以上控制点，在CORS流动站测量手薄中进行参数转换，求得7参数。

（2）测区内或周边控制点只有直角坐标成果。首先选择分布均匀且能控制整个测区的4个以上控制点，利用CORS系统精确测量出各控制点的WGS84坐标，然后利用测量出

的各控制点的WGS84坐标匹配直角坐标成果，在CORS流动站测量手薄中进行参数转换，求得7参数。

HeNCORS系统网络RTK的实时测量精度能够达到厘米级精度，可以在水利工程测量中广泛应用。网络RTK的测量方法已改以前传统基准RTK作业模式，方便、及时快速的获得测量点实时坐标。厘米级精度在水利工程中用于图根控制测量、地形图测绘、水下地形测量、河道纵横断面测量、工程施工放样及竣工验收测量等测量项目。CORS系统可以实时了解定位精度，同时在全天候作业、减少人力、节约成本、提高作业效率等方面有着先进的优越性。如河南省某配套输水工程，在规划设计阶段，利用HeNCORS系统短期内完成了38条输水线路820km1∶2000带状地形图和图根控制测量；在初设阶段，又快速完成全部输水线路的定线测量、纵横断面测量、征地范围线测量等。

CORS提供的毫米级事后精密定位数据服务可以为大型水工建筑物（桥梁、堤坝、水库、闸门等）的变形监测提供高精度参考基准，特别是要进行实时的安全监测和特殊时期（如汛期）进行连续不间断的变形监测，CORS系统是实现重要水工建筑物安全监测的全自动化必不可少的基础设施。

CORS提供的分米级和米级数据服务也可以用于水资源调查、水环境监测、水土保持监测和防汛应急指挥等。

3 HeNCORS系统应用的优点

CORS系统与常规的GPS RTK实时定位技术相比具有以下优势∶

（1）用户无需架设参考站，减少了架设参考站引起的系统误差，并且节省了大量的时间，降低作业成本，提高工作效率。

（2）网络RTK技术克服了常规RTK的局限性，扩展了RTK的作业半径，在CORS系统覆盖范围内能够得到均匀的精度，避免了常规RTK的误差随着作业距离的增大而增长的缺点。

（3）在CORS系统覆盖的区域内，能够实现测绘系统和定位精度的统一，便于测量成果的系统转换和多用途处理。

4 HeNCORS系统应用的一些经验

（1）在测量项目进行坐标转换参数求取时，应尽量采用测区内能覆盖整个测区且均匀分布的4个以上的已知点当进行坐标转换后，坐标分量残差应小于±2 cm，否则要用新的已知点进行重新转换，直到坐标分量残差符合要求。坐标转换参数完成后，应对测区内其他未参加坐标转换参数求取得已知点进行校核，检验利用CORS系统测出的坐标和已知点坐标比较是否在误差允许范围内。

（2）在外业测量时，网络RTK接收机开机后长时间登陆不上CORS网络，应关机后重新连接登陆CORS网络，如果一直没有网络信号，应电话联系CORS中心咨询网络运行情况。

（3）在远离基准站或偏远的测区，不能很好地接收到CORS信号，可以在WGS84坐标系统下进行静态观测，采集不少于10分钟的观测数据，发送给CORS中心，CORS中心可以事后精密定位数据处理，求出观测点得精确坐标。这种测量方法对没有已知点的偏远的测量项目尤为重要，能快速解决测量控制点问题。

（4）和静态GPS测量相比,网络RTK测量相对而言容易出错,必须加强质量控制，尤其在控制测量中应进行内部和外部的可靠性检查，确保网络RTK测量系统正常后再进行下一步的工作。

5 结语

CORS系统是目前国内乃至全世界GPS的最新技术和发展趋势，国内多个省份和城市已经建立起完整的系统，并得到了广泛的应用。HeNCORS系统的建立，为河南基础测绘建立了平台，实现了不同坐标系间的转换，开创了一种新的测绘手段。HeNCORS系统将大大加速测量进入信息化、数字化和自动化的进程，使基础测绘工作得以更快捷、更广泛的形式开展，也必将在水利工程测量中得到更广泛的应用。

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［3］刘经南，刘晖.连续运行卫星定位服务系统：城市空间数据的基础设施[J].武汉大学学报，2003（6）：259-264.

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