国土资源测绘中CORS系统的应用分析

沈思远

（上海市自然资源确权登记事务中心，上海 200003）

近年来，社会建设逐步完善，土地需求量连年增长，土地资源日益紧张，这给国土资源测绘带来了更大的挑战，提高准确性与工作效率是未来国土资源测绘工作的必然要求。随着GPS技术的成熟，CORS系统在国土资源测绘工作中得到了初步的推广，取得了良好的效果。本文将对国土资源测绘中CORS系统的应用展开具体分析[1]。

1 GPS技术概述

GPS是全球卫星定位系统的简称，最早由美国研发。到目前为止，包括中国、俄国、欧盟等国家也有了自己的GPS系统。GPS系统由空间部分、控制部分和用户部分组成。空间部分的卫星持续向地面发送特定频率的无线电信号，由地面的接收机接收后利用三角测量原理对测点坐标进行计算，得到接收机之间的距离或距离差，从而推算出测点的空间坐标或测点间的位移量[2]。GPS技术目前已广泛应用于航空航天、交通海事、气象消防、农业林业、军事侦查等领域。随着电子信息终端的进步，GPS在测绘领域的应用也日益成熟，并且表现出比传统测绘技术有更优的性能。目前各大厂商广泛采用RTK解算技术来求解各测点坐标，将测量精度提高到了毫米级，已经完全可以用于地籍测量。

2 GPS与CORS的关系

CORS是连续运行卫星定位综合服务系统的简称。它是在GPS系统的基础之上，结合通信、网络、计算机、定位等诸多前沿技术而形成的一种精度更高的卫星定位系统。CORS的最大特点就是采用实时差分改正信息解算，可以实时向不同用户提供改正数的状态、观测值和其它相关关的GPS服务[3]。可见，GPS是CORS的应用基础，而CORS是GPS的综合应用。在CORS系统的支持下，用户可以很方便地建立和维持相应地区高精度静态和动态地心三维坐标参考框架，再结合精化大地水准面数据即可实现高精度、连续、动态、三维的国土资源测绘。

3 国土资源测绘CORS系统原理分析

在国土资源测绘工作中，待测的目标通常具有较大的面积，并且可能地形复杂，不利于直接测量，传统的测量手段具有诸多限制。利用CORS系统则可以很好地解决这些复杂的测绘难题。在CORS系统中，网络RTK技术已经逐步取代了传统的测量手段，也成为当前国土资源测绘工程的重要探索[4]。

国土资源测绘CORS系统基本工作原理是：首先通过GPS对各个测点进行单点定位，取得各测点的坐标，然后对多个GPS测点的数据进行综合组网，建立常年连续运行的若干个固定参考站并建立参考站之间的联系，接下来将参考站的坐标及相关信息发送给数据中心的服务器，由运行于服务器上的RTK解算软件对所有测点的数据进行处理，最后将各测点的原始坐标、RTK改正数据、静态或动态解算结果发送给用户。

4 国土资源测绘CORS系统架构分析

基于CORS的国土资源测绘系统在结构上主要包括数据中心、参考站、通讯传输、用户终端等四个子系统。其中数据中心又可以进一步细分为用户管理中心和系统数据中心两大部分。

4.1 数据中心

数据中心是CORS系统的心脏，可以为用户提供各种相关的业务功能。数据中心由大量的服务器构成，大型数据中心通常采用计算机集群以提升运算能力。国土资源测绘CORS系统数据中心可以分为用户管理中心和系统数据中心两个模块，其中前者主要面向用户提供服务，实现大量用户的统一集中管理；后者则实现各种具体的测绘业务功能，主要是通过各种算法对原始数据进行分析处理，建立数据模型生成差分改正数据，然后对这些改正数进行传输、记录、管理或分发。除了服务器之外，数据中心还包括大量的工作站、网络传输设备、电源设备、存储设备和网络安全设备，以保证数据中心的安全、可靠、稳定运行。

4.2 参考站

参考站是指以GNSS接收主机为核心，与接收天线、电源、网络设备、机柜和避雷电路共同构成的GPS单点测量系统。而在国土资源测绘的实际应用中，一个参考站通常是不可行的，因此通常会由多个参考站共同组网构成参考站系统，同时接收卫星数据，连续对在轨卫星数据进行定位跟踪、采集、记录，并通过通信网络将数据传输到数据中心进行解算。可以认为，参考站只是卫星数据的接收模块，它本身并不具备过多的数据分析能力，仅仅是作为数据采集系统来使用。

4.3 通讯传输

在国土资源测绘CORS系统，由于需要利用卫星数据进行坐标分析，因此整个系统实际上是一个超级复杂的天地通信体系，它包含卫星与地面参考站的通信、地面参考站与数据中心之间的通信，以及数据中心与用户移动站之间的通信。其中卫星与地面参考站之间的通信就是平时所说的卫星通信，它是通信卫星本身所具备的功能，一般不需要用户干预。参考站与数据中心之间的通信则需要由用户自行搭建，一般采用数字电路传输与VPN网络，参考站和数据中心与数据管理中心在同一虚拟网中，避免参考站数据暴露在外网环境中带来数据安全问题。考虑到国土资源测绘的效率问题，通常要求系统数据中心与参考站之间的数据传输响应时间控制在1s内。数据中心与用户之间的数据传输则采用通用的网络技术，例如TCP/IP、GPRS等，可以根据实际需求和实际条件来进行选择。

4.4 用户终端

用户终端是由用户组网并控制的终端设备子系统，硬件上包括GPS接收天线、接收主机和通信模块三部分。用户首先通过天线接收GPS 卫星原始坐标数据，然后由接收机进行暂存和预处理，最后由通信模块将数据发送至数据中心，由数据中心的RTK解算软件完成差分解算，进而得到测绘结果。

5 CORS系统TRK关键技术

CORS系统在本质上看更多的是软件算法的实现，它通过若干个参考站建立数据网络，然后获取精确定位数据，其核心技术在于网络RTK 解算的算法设计部分。从目前国际上的应用实践情况来看，主流的RTK技术包括虚拟参考站技术（VRS）、主辅站技术（MAC）以及区域改正数技术（FKP）。

5.1 虚拟参考站技术

所谓虚拟参考站，就是指某移动站附近本不具有参考站，但为了进行RTK计算，通过软件的方法虚拟建立一个参考站，该虚拟参考站的观测值是根据其附近参考站的实际观测值推算出来的，因而在流程上也满足了RTK计算的基本条件。其基本原理是：用户移动站首先向数据中心发送自身大致坐标，数据中心会以该坐标为参考，自动筛选出其附近的实际参考站，构成一个最佳参考站系统。通过该参考站系统，由系统计算出GPS轨道、电离层和对流层等误差改正，经过误差改正后的数据是一种高精度的差分数据，通过网络传输给用户移动站。

虚拟参考站技术的优势在于，它允许用户在一个较大的范围内随意布设参考站，然后通过软件的手段对实时观测数据进行处理，建立覆盖区域范围内的误差模型，可以有效地减小电离层、对流层延迟误差，实现厘米级的实时定位结果。目前CORS系统的虚拟参考站技术，其网内平均平面点位精度已经可以达到1cm以内，网外精度则在3cm以内，高程精度不超过3cm，这对于目前的国土资源测绘工作来说已经足够了。

5.2 主辅站技术

主辅站技术是CORS系统中用于消除定位误差的重要技术，其基本原理是：提取参考站的相位距离，然后按照一定的规则对其进行简化，得到一个公共的整周模糊度水平。由于整周模糊度已经在GPS卫星和接收机中进行了相应的处理，如果把两个参考站组成双差时，整周模糊度就会被抵消，也就是说，这两个参考站的公共整周模糊度水平是一样的。根据以上思路，将全部参考站相位距离的整周模糊度统一归集到一个公共水平，再经过计算即可得到各接收机的弥散性误差和各频率的非弥散性误差。

主辅站技术的特点是，它并不要求主参考站必须距离移动站最近。在实际情况中，距离移动站最近的参考站可能是不可用的，或者由于网络问题不能成功传输数据，此时可以任意选择一个辅站代替主站继续工作。由于数据中心会将参考站的所有观测数据下发给移动站，因此哪怕移动站不能解算网络信息，也能够通过观测数据自行求解定位结果。在网络层面，主辅站技术仅需要由数据中心向移动站发送数据即可，无需双工通信，这在实际应用中也是一大优势。

5.3 区域改正数技术

区域改正数实际上就是原始计算数据的一种优化处理，使其精度更高。参考站一方面会采集每个瞬时的同步观测值，另一方面还会实时地将观测值发送给数据中心，数据处理中心接收到观测原数据后，调用相应的算法求解出空间误差改正参数。这些改正参数会由数据中心下发至覆盖范围内的全部移动站，用于空间位置的进一步解算。由于数据的频繁传输存在一定的安全风险，因此在实际使用环节通常需要进行数据加密，即要求解算软件具备加密功能，在设计和使用环节都比较繁琐，这些缺陷都有待进一步的研究和完善。

6 结语

随着CORS系统相关技术的日益成熟，基于CORS的国土资源测绘系统也开始由动态发展到高动态、由准实时发展到实时、由亚米级和厘米级发展到毫米级精度，CORS在国土资源测绘领域的应用优势正在逐步得到发挥。不难预计，在未来的十年内，借助于CORS系统的应用，我国将逐步建立起一套完善的城市基础信息服务体系，打造基于实时空间位置信息服务的数字化现代城市。