CORS系统的网络RTK 技术在水利工程测量中的应用

□裴 锫(山西水利水电勘测设计研究院)

0 前言

GPS-RTK技术，能够实时提供测站点的三维定位结果，由于RTK的实时性、快速性、简便性，使它在测量领域得到了广泛的应用。然而，随着流动站与基准站之间的距离逐渐增加，其误差相关性也随之逐渐减弱，导致整周模糊度难以确定，从而无法获得固定解。同时，由于RTK技术采用无线电传递信号，在距离太远的情况下流动站信号变弱，而且还经常伴随着其他信号源的影响，特别是山区及高层建筑物的遮挡，使得RTK接收信号较差。为了弥补传统RTK的一些不足，基于GNSS基准站网络的CORS新技术便出现了。

CORS技术，也称网络RTK技术[1]，是在一个城市、地区或者一个国家范围建立的由一定数量的固定的GNSS参考站组成的系统，对卫星进行全天候连续观测。CORS中心通过网络与GNSS站连接，从各个基准站获取相关数据，并通过数据处理软件进行网络平差解算，从而得到各种误差改正信息，构建该区域误差改正模型，并依据用户自身定位得到的近似位置向其发送误差改正参数，从而使用户获得精确的实时定位效果。

1 CORS技术在水利工程测量中的应用

随着CORS技术在测绘领域的应用与发展，很多省市地区相继都建立了自己的CORS系统，它能够提供包括厘米级在内各种精度的定位服务，能够满足精密、实时导航定位的精度要求。由于CORS技术具有高精度、高可靠性、高效率等特点，已经在水利工程测量各个方面获得了广泛的应用。

1.1 CORS技术在控制测量中的应用

我国大部分水利工程所处位置都比较偏远，地形复杂，控制点布设困难，传统的测量方法如三角测量、导线测量，受到点与点之间通视的条件限制，有时要多次迁站进行观测，作业量比较大，会耗费大量时间和精力，成本较高，而且误差在数据传递的过程中会积累，外业中无法确定测量数据的精度，最终结果精度也不高。采用CORS技术，布设控制点极为方便，控制测量能够达到厘米级精度，各点之间不要求通视，同时避免因控制测量分级布设、层层控制带来的点位误差累积和误差分布不均匀的情况，这样既能实现实时定位，又可当场确定定位精度，在满足工程控制测量精度的条件下大大地提高了作业效率。目前，对于一些精度要求高的控制测量还需选择GPS静态定位之外，利用CORS技术可进行一般精度要求的控制测量。

对于高程方面的控制测量，由于我国高程系统采用的是似大地水准面为基准的正常高高程系统，而CORS直接测得的是地面点在WGS-84坐标系中的大地高，这两者之间存在着一个转换关系。因此，在实际测量中对于地形比较平坦、光滑等地形条件良好的地区，如果高程方向精度要求不太苛刻时，可采用网络RTK技术精确测得点位的大地高，同时用等级水准方法测量该点的正常高，即可得到该点的高程异常，利用若干组这样的数据建立测区内的高程异常改正模型。这样利用CORS获得区域内某一点的大地高，从高程异常改正模型通过插值计算获得该点的高程异常，从而可求得该点的正常高，实现区域内的高程控制。

1.2 CORS技术在带状图地形测量中的应用

在一般的水利工程中，河道带状图的测量是一项常规的工作。采用CORS技术进行测量，相比于传统方法，可以不布设控制点，用移动站可直接对地形特征点进行高精度测量。对河道的地形测量有别于山区，既要进行水下地形测量，又要进行岸边区域的陆地上地形测量。水下测量部分可联合使用网络RTK、测深仪等工具测量水下地形，采集地形数据。陆上部分可采用CORS直接进行三维点数据采集。在野外观测时，测量人员只需要将RTK在待测量点上观测几秒钟，并且在操作手簿上输入地形地物点编码，就可得到点位坐标，同时需要现场绘制草图，待完成一个区域内的地物点数据采集后绘制地形图。在绘图软件里导入所采集的数据，按照实际需要建立模型，如可以根据点位高程信息生成DEM，绘制等高线。对于河道地形图而言，还需要测量一些水利要素和参数，并在地形图上标注出来。例如，对于跨河桥梁，还需要测量桥长、梁底高程、桥面等。

1.3 CORS技术在施工测量中的应用

在水利工程施工中，经常要根据工程的设计和精度要求在施工区域内找出各设计点的实际位置。目前施工中采用全站仪进行放样较为常见，在确定桩位时需要放样定点，在桩基础施工前也需要复核护筒的位置，甚至在施工中桩机打桩时为防止打桩偏离预定位置需随时进行检核，这样每个桩位需进行多次放样，导致放样的工作量很大，有时为了工期的需要，夜间也需要放样，这对于全站仪来说十分困难。网络RTK可用于工程施工放样[4][5]。在放样前根据控制点WGS-84坐标和施工坐标系中坐标计算坐标转换参数，并将其应用到RTK中。同时把之前设计好的待放样桩位点的坐标输入到电子手簿中，选择点位放样选项，待获得固定解后，便可根据手簿屏幕中提示进行导航放样，屏幕上会显示接收机所在位置相对于待放样位置的距离和方位偏差，按照箭头指示来回移动接收机直到达到所需的放样精度。相比全站仪，采用网络RTK进行放样比较方便快速，效率和精度较高，而且不受夜间的限制。另外，在一些水利工程施工如渠道的线路设计与放样中，可能会遇到交叉性的建筑物，采用全站仪放样操作比较复杂，采用CORS可以进行直线和曲线的放样，这样就可以轻松地放样出交叉点。

1.4 CORS技术在断面测量中的应用

很多水利工程都要进行纵横断面图测量来计算土石方量，进而为工程预算作参考。对河道的断面测量，首先需要在已有地形图上设计断面位置，然后确定基点的平面坐标及高程，之后进行内业处理完成断面的航线设计。运用CORS技术进行纵横断面测量，在手簿中输入设计线形之后，RTK可实时提供河道纵向和横向的方位，河道桩号及到中线的距离，便于断面高程点的施测。在测量作业结束后，还需要对测量数据进行检验，如果测量数据无法满足精度要求，则需要查找测量出现错误的原因并及时更正和重测。将所有数据检验校正完毕后，再通过专业处理软件绘出各航段断面图。采用CORS技术进行纵横断面测量，实时测量精度能够达到cm级，容易满足其精度方面的需要。

2 实例验证

为了验证CORS测量的精度，本文选定某水利工程区域中部分控制点为已知数据，采用CORS对控制点进行测量检验。以测区范围内5个E级GPS控制点为已知起算点(起算点必须分布均匀，覆盖需要进行作业的测区)，进行点校正求取坐标转换参数。在每次测量前，都要用已知控制点进行测量以检验参数，满足要求之后方可开始测量。选择5个控制点进行点校正，得到各点的水平残差和高程残差。结果如表1所示。参数转换之后，采用CORS测量已知控制点进行精度检验，取得固定解之后即为完成该点的测量。各已知控制点检验结果见表2。

表1 点校正残差结果表

表2 控制点检核结果表

从表1和表2中可知，点校正水平方向最大残差2.30 cm，高程方向最大残差2.10 cm；控制点检验水平方向最大互差2.80 cm，最小互差1.10 cm；高程方向最大互差2.30 cm，最小互差0.80 cm。通过以上精度分析可以看出，CORS测量水平方向和高程方向精度一般保持在3 cm以内，完全能够达到所需的精度要求。

3 结语

基于CORS系统的网络RTK技术能够快速实时地进行测量定位，满足各种测量精度的要求，在水利工程测量各个方面具有极大的应用价值。相对于传统RTK，CORS具有很大优势：作业半径大大提高，单机作业不需架设基准站，操作简便、测量精度高、作业效率高等。在实际作业中，CORS也存在一些局限性：在有信号遮挡的地方，取得固定解的时间延长，锁定比较困难；CORS信号受手机通信运营商信号影响等。因此，对于在CORS网络覆盖范围内且信号较好的测区，可采用CORS进行测量工作。随着CORS技术的不断发展与完善，其必将更为广泛地应用于水利工程测量领域中。