单基站CORS的建设应用与管理

屈利娜

(湛江市规划勘测设计院，广东 湛江542002)

一、项目背景

CORS系统拥有覆盖面广、定位精度高、可靠性高、实时提供厘米级定位等特点，但由于受经济和自然条件的限制，部分地区或城市在一定时间内还无法建立CORS系统，或因为地域方面的原因难以享受相应的便捷服务。单基站CORS是在结构和功能上简化了的CORS系统，不仅建设费用少、技术成熟、安全稳定、可独立使用，而且可以随时升级并网为多基站连续运行基准站网系统，易于维护和管理，为诸多中小城市和大中型测绘工程单位所用，为其日常工作提供足够精度的实时定位服务。

近年来，随着大批重点项目的开展和建设，湛江市规划系统所需的基础测绘与国民经济发展需求之间的矛盾日益显现。常规的以电台信号为依托的RTK测量有效作业距离短，信号易被建筑物遮挡，生产力低下，已无法满足日常规划测量工作需要。经过分析调研和实地论证，建设了院单基站CORS。作业人员只需单机作业，就能获取更快速、精度更高的定位和更可靠的成果，同时作业范围更大。

二、单基站CORS的建设

1．前期测试

为测试单基站CORS的可用性、作业范围等指标，在基站建设前期进行了测试。

(1)作业距离测试

在系统测试期间，使用Trimble R4-3 GNSS接收机进行了单基站CORS作业距离测试。经过测试，在距离基准站约20 km的控制点处，流动站可以在20 s内得到高精度固定解。而在距离基准站32．8 km处，流动站在连接基站14 s后第一次获取固定解(32．8 km的控制点观测是在下午18:35分进行的，沿海地区下午卫星质量相对较差，第一次固定的精度不代表就是流动站可以达到的最佳精度)。证明了单基站CORS系统的作业半径可达30 km甚至更远，可以弥补常规RTK测量受距离限制的不足。

(2)测量精度测试

为了测试单基站CORS系统转换参数的正确性及其测量精度，在测区内利用RTK技术对8个E级GPS点进行了测量。为了评价单基站CORS系统的精度，用外符合精度作为其精度评定准则。外符合精度由实际求解的GPS点坐标与已知的GPS点坐标较差计算得到，见表1。

表1 已知点精度检核精度表

经统计，平面精度检测结果为最大点位误差4．3 cm，最小点位误差1．3 cm;高程精度检测结果为最大点位误差4．7 cm，最小点位误差为0。由此可知，在整个测区范围内，利用单基站CORS系统测量的点位精度均优于±5 cm。

(3)接收机兼容性测试

分别使用Trimble R4-3 NSS接收机及南方S82S86系列接收机接收网络差分信号进行测量工作，流动站由近及远进行连接测试，记录各个点初始化时间及初始化精度等等。

经测试，不同型号的接收机均能连上CORS站并得到实时差分解。

2．基站建设

单基站CORS系统主要由GPS基准站、控制中心、网络通信模块和流动站组成。湛江规划单基站CORS系统的基准站接收机使用Trimble NET-R9 GNSS接收机，支持接入数字气象仪、倾斜传感器、外接USB存储设备、外接频标，防护等级IP67，440个通道，支持所有未来导航卫星信号。硬件设备主要还包括ZEPHYR MODEL-2型天线，网络通信采用固定IP地址，电信宽带接入，组成数据传输终端模块。站点选在院楼顶，建筑物牢固稳定，基站观测墩采用永久性观测墩，该观测墩柱体内预埋PVC管道，用于铺设天线电缆。仪器墩外部进行了保温和防风处理，顶部安装天线强制对中装置，为防止GNSS接收机天线和观测墩被雷击，天线防雷的接地网使用观测墩所在大楼的防雷地网。

3．基站施测

(1)外业观测

湛江市单基站CORS基站点的位置按C级GPS精度要求施测。平面坐标系统分1954北京坐标系和1980西安坐标系两种，高程系统采用1985国家高程基准。控制采用GPS静态测量，使用6台GNSS接收机同步观测两个时段，联测5个C级点(如图1所示)，每个时段观测时间不低于4 h，外业观测采用1台天宝R9接收机、2台天宝R5接收机、3台天宝R8接收机进行同步观测，所有仪器在检定有效期内。

图1 控制网型

(2)静态数据处理

静态数据通过上海华测CGO软件进行处理，平差后26个同步环及66个异步环闭合差均小于国家GPS规范中C级网的限差要求，最大的同步环闭合差为0．304×10－6D，其X分量闭合差为－6 mm，Y分量闭合差为－10 mm，最大Z分量闭合差为－8 mm，最大的同步环闭合差为1．696×10－6D，其X分量闭合差为38 mm，Y分量闭合差为－65 mm，最大Z分量闭合差为16 mm，最弱点(KJ36)点位中误差为0．005 m;最弱边边长相对中误差为1/3 276 570，平差结果符合相关规范要求。

三、单基站CORS的精度分析

在系统建设完并进行七参数求解后，使用Trimble R4-3 GNSS接收机以车载的方式采集控制点以验证参数精度，在测量过程中当流动站获取足够数量卫星，并获得初始化以后才进行RTK测量，测量时精度Hrms＜0．015 m，Vrms＜0．020 m，PDOP＜6。为保证精度收敛，每个点测量4次，单次测量时间不低于20 s，测试后得到的点位误差见表2。

表2 点位误差表

四、单基站CORS的管理

单基站CORS可利用基站IP通过网页对基站基础信息及流动站用户进行管理。

可时时查看到基站接收机状态，在接收机出现异常时查找原因，如图2所示。

图2 基站接收机活动状态

可根据需要设置启用或禁用GPS卫星、GLONASS卫星、北斗卫星、Galileo卫星等，如图3所示。

图3 卫星常规信息

通过I/O配置，设置不同端口输出不同的数据格式，外野作业时可根据实际流动站接收机情况选择双星或三星的输出格式，如图4所示。

图4 I/O配置

针对不同需要的流动站，在安全配置中，可选择流动站用户是否能对基站进行接收机配置、文件下载、文件删除、编辑用户等修改操作。通过安全配置，设置不同的流动站用户权限，统一管理流动站使用情况，如图5所示。

图5 安全配置的设置

五、结束语

经过项目测试及在实际工作中的应用，结合实际条件总结出当前单基站CORS特点:

1)建设成本低廉。可充分利用现有的资源，再投入较少的资金，即可在一个中小城市或地区建立一个单基站CORS系统，满足当地不同测量用户的需要。

2)便于升级和扩展。系统可以随时增加新的基站扩充为多基站系统，通过对系统软件升级，单基站系统即可轻松升级为多基站网络CORS系统。

3)施工周期短、见效快。从方案落实到设备采购、安装调试、验收运行，整个周期可在7个工作日内完成，完成后可马上投入使用。

4)设备使用效率高。系统建成之后，每一台流动站都可以参与到工作中。

5)定位快速、作业范围增大。单基站CORSRTK基准站常年固定，流动站可有更快的初始化速度和最大程度的可靠性。使用高等级的参考站点，令整个网络覆盖范围内都可得到高精度解，稳定可靠的基站可提供30 km以上的信号距离。

6)多星利用，提高可用性。系统可以利用GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS卫星信号等更多的卫星，提高规划测量的可用性与初始化速度。

受时间和测试条件的限制，当前单基站系统高程参数模型仍需继续精化，同时，将结合湛江地区地理环境特点和工程实际需要，开展静态定位的精度测试和分析。

虽然与大型CORS系统相比，单基站系统具有作用距离短、网络RTK精度随距离增加而衰减等缺点，但因其结构简单、投入资金少、易于建设及维护、随时可以升级为多基站CORS系统的优点，在中小城市及地区仍然有广泛的应用价值。

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