GPS连续参考站系统(CORS)在铁路定测中的应用研究

2015-03-17张运华

铁道勘察 2015年1期

关键词：服务网控制点间隔

张运华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

Research and Application of Continuous Operating Reference Station (CORS) in Railway Final Surveying

ZHANG Yun-hua

GPS连续参考站系统(CORS)在铁路定测中的应用研究

张运华

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

Research and Application of Continuous Operating Reference Station (CORS) in Railway Final Surveying

ZHANG Yun-hua

摘要CORS-RTK作为一项成熟技术在铁路初测中得到了广泛应用，在铁路定测中的应用还有待进一步研究。对CORS-RTK技术在铁路定测中的应用进行研究和试验，并在铁路定测项目中与传统方法进行对比分析，得出以下结论：无论是采用CORS基站法还是采用CORS-RTK法，其测量精度均可达到平面高程±5 cm以内，满足定测要求；采用CORS-RTK开展定测工作时，需联测CPⅠ控制点，其联测密度为10～15 km。

关键词CORS-RTK铁路定测精度

1概述

连续运行参考站系统(Continuous Operating Reference Station，简称CORS系统)是由一个或若干个固定的、连续运行的GPS卫星参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN和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提供经过检验的不同类型GPS观测值(包括载波相位、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，是现代GPS发展热点之一。作为一项成熟的技术，已广泛应用于规划、资源普查、工程建设等领域[1]。

对普通用户来说，接收GPS卫星信号易受到各种干扰因素影响，而CORS服务网连续运行，使用方便，可提高工作效率；同时，CORS服务网有完整的数据监控机制，能有效消除系统误差和周跳，增强作业的可靠性，可以改进RTK初始化时间，扩大RTK有效工作范围；另外，RTK用户不需架设基准站，能够真正实现单机作业，减少费用。CORS服务网使用固定的通讯方式，减少了通讯噪声干扰。

文献[2]分析了CORS-RTK技术在铁路勘测中的优势，并在赣龙线中通过大量的试验证明，在无需依靠CPI控制网的情况下，能满足铁路初测阶段的勘测精度要求，并通过试验证实该技术在铁路定测中的效果。文献[3]的测试表明，CORS-RTK测量内符合精度和外符合精度在一定的距离内能达到厘米级，并且CORS系统网内网外精度分布均匀，可以提供厘米级的RTK服务。文献[4]从理论和试验两方面证明了通过对CORS的GPS观测数据进行模拟，可实现CORS的高精度快速定位，并且在短时间内获得高精度的测站成果。

就目前各城市使用情况来看，相对于传统RTK技术，CORS服务网在稳定性和数据质量上有长足进步，短时间内局部观测精度可以达到静态GPS观测的精度；相对于传统全站仪做平面控制、水准仪引测高程的方法，CORS定位技术效率高，外业作业方便，控制范围大于1 km2时精度高于全站仪控制精度[5]。

CORS-RTK技术在铁路初测中得到了广泛应用，但对CORS-RTK技术在定测中的应用还有待进一步研究，精度还有待进一步提高。

2CORS-RTK技术在铁路定测中的应用

铁路定测工作一般在线路基础平面控制网(CPI)建立后展开，所有工作的开展均以CPI网成果作为依据。

使用CORS-RTK技术替代传统的RTK作业，必须先使CORS基站与CPI网相关联，使两网坐标系统相匹配，求得CORS基站与CPI网的转换参数。

要求得CORS基站与CPI网的转换参数，需首先选取一定数量的CPI控制点与CORS基站同步观测，使用CORS基站WGS84坐标做约束平差，得到CPI网新的WGS84坐标，求取CORS基站与CPI网的转换参数。

如何设计联测CPI控制点的联测方案，才能既满足定测测量精度，又能提高测量效率，是问题的关键所在。

3测试方案设计

针对以上问题，在娄邵线定测阶段进行CORS-RTK技术与传统RTK技术的对比测量试验，测试方案设计如下：

①娄邵线共设立4个CORS基站，分别是邵阳站、邵东站、娄底站和双峰站，并同时与北京、昆明、乌鲁木齐、上海等4个IGS永久跟踪站点进行联测。

②对CPI点进行观测，并与CORS基站联测。每5～10 km左右选择一个CPI点架设接收机与CORS站联测。观测完成后，以CORS基站的WGS84坐标(采用GAMIT软件计算，联测IGS站)为约束点，重新计算CPI的WGS84坐标，再结合原有的CPI平面坐标成果计算转换参数。

③进行CPI联测间隔试验。试验选择10 km、15 km和20 km的联测间隔进行试验，选择以15 km联测间隔为基准，对10 km和20 km联测间隔计算的CPI坐标与15 km联测间隔计算的CPI坐标进行对比。

④使用CORS-RTK与传统RTK分别进行CPI复测、中心方桩放样、中线扁桩放样和地质放孔4项定测工作，再进行精度的对比。

4测试结果与精度分析

4.1　CPI联测间隔测试分析

联测完成后，将数据转换为RINEX格式，导入原CPI网中，使用LGO7.0软件重新解算基线，解算合格后导出ASC格式文件，将GAMIT解算出的CORS站WGS84坐标作为三维控制点坐标，一同导入COSAGPS5.0(科傻GPS)软件，在WGS84坐标系下进行三维约束平差，重新得到CPI点的WGS84坐标。再比较10 km、20 km联测间隔重新计算的CPI点坐标与15 km联测间隔重新计算CPI点坐标的差值。

娄邵全线共51个CPI点，经过测试，10 km与15 km联测间隔坐标较差最大值为5.2 mm，高程较差最大值为4.0 mm。15 km与20 km联测间隔坐标较差最大为15.2 mm，高程较差最大为33.3 mm。

如图1、图2所示，10 km与15 km联测间隔坐标互差很小。当联测间隔为20 km时，CPI网中部凸出的区域与其他两次结果互差较大，无法满足铁路定测的精度要求。因此，在保证测量精度满足要求的前提下，为减少外业工作量，提高测量效率，CORS网络与CPI控制网联测的间隔宜采用每10～15 km联测一处最为合适。

图1　15 km与10 km联测间隔坐标较差

图2　15 km与20 km联测间隔坐标较差

4.2　定测精度分析

使用CORS-RTK与传统RTK分别进行CPI复测、中线方桩放样、中线扁桩放样和地质放孔4项定测精度的对比，如图3～图6所示。

图3　CORS-RTK与传统RTK对CPI检测较差

图4　CORS-RTK与传统RTK对中线方桩检测较差

检测中最大互差为0.05 m(扁桩检测中1点高程

互差为0.05 m)，其余均小于0.05 m，可以满足新建铁路定测中对RTK作业的精度要求。

图5　CORS-RTK与传统RTK对中线扁桩检测较差

图6　CORS-RTK与传统RTK对地质放孔检测较差

5结论

通过CORS-RTK技术进行的娄邵线定测项目测试和数据分析，得出以下结论：

(1)CORS-RTK技术无论采用CORS基站法还是采用CORS-RTK法，其测量精度均可达到平面、高程±5 cm以内，满足定测精度要求。

(2)采用CORS-RTK开展定测工作时，需联测CPI控制点，其联测密度宜10～15 km联测一个。

(3)建议提前策划和组织，在CPI控制网测设前启动CORS基站网，实现CPI控制点与CORS基站同步观测，使两网数据统一，且联测密度更大，为定测工作提供良好的基础。

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、传统RTK测量，CORS-RTK技术更加具有质量控制的不确定性。CORS-RTK技术是测量手段的一次巨大变革，在相应的规程确定前，如何进行质量控制，确保实时测量点位的精度是需要进一步研究的工作。

参考文献

[1]刘经南，刘辉.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：信息科学版，2003(6)：259-264

[2]金国清.CORS 技术在铁路勘测中应用[J].铁道勘察，2009(5)：5-8

[3]刘喜.大庆CORS系统精度(RTK)测试与分析[J].测绘与空间地理信息，2011(8)：97-99

[4]陈中新，朱丽强.基于CORS系统的高精度GPS观测数据的模拟研究[J].测绘科学，2011(1)：17-19

[5]黄育华，倪宏宇.GORS服务网的技术研究[J].地理空间信息，2008(2)：34-36

[6]刘德胜，甄鑫强，郭英起.GPS网精度影响因素研究[J].测绘与空间地理信息，2010(4)：40-43

[7]唐卫明.GPS连续运行参考站系统定位精测检测方法研究[J].通信学报，2006(8)：73-77

[8]贺俊伟，李春华，刘俊，等.网络同步RTK定位原理与精度分析[J].铁道勘察，2011(5)：20-22

[9]熊伟，吴迪军.港珠澳大桥GNSS连续运行参考站系统的设计与建设[J].铁道勘察，2013(3)：1-5

[10]姜卫平，袁鹏，田挚，等.区域CORS组网中的坐标基准统一方法[J].武汉大学学报：信息科学版，2014(5)：566-571

中图分类号：P228.4