千寻位置在公路勘测中的应用研究

杨建华

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730050）

0.引言

在跨区域公路勘察设计过程中，测绘属于非常关键的一方面，同时也是贯穿于公路运营整个生命周期的工作，本身具备长期性的特征[1]。科学合理地应用新型测绘技术有利于提升公路勘测设计过程中的测绘效率，所以对千寻位置服务在跨区域公路勘测过程中的应用方向进行充分挖掘，分析其应用的可行性，针对其优势点进行充分利用，将其价值全面体现出来是很有必要的，对于跨区域公路勘测而言，具有较高的现实意义[2]。

现阶段我国公路勘测技术包含较多的测量技术手段，主要有单基站RTK、CORS-RTK、无人机航测、车载激光扫描等。单基站RTK技术有着一定的缺陷性，具体表现为作业准确程度伴随着距离的增加而逐渐下降[3]，并且经常受到作用距离的限制；区域CORS-RTK技术能够解决上一种技术存在的各项缺陷，但在跨区域勘测时，也存在作业距离受限的现象[4]，此种类型的网络较为繁琐，申请流程复杂，应用到网络边界处以后难以确保准确性；无人机航测非常方便和灵活，不过气候因素对其有着直接的影响，和全天候作业要求不相符。

本次研究从千寻位置定位原理出发，与CORS系统进行对比分析，突出千寻位置在跨区域公路勘测设计中的优势，并利用实际工程项目对千寻位置在勘测设计中的应用进行分析，验证其可靠性和数据成果的准确性。

1.千寻位置相关理论

1.1 千寻位置定位

千寻位置是基于北斗卫星系统全球定位系统，同时可以兼容GPS、GLONASS、Galileo卫星定位系统位置数据，是以“互联网+位置（北斗）”概念为基础，采用2 200个以上的地面基础增强站和自主网络技术开发的侧位算法进行大数据计算。北斗地面基础强化系统将全国单一网络整合及构建为加强位置服务建立开放型平台，为全国用户提供动态厘米级及静态毫米级定位服务。采用网络运营模式，整合流媒体和流媒体产业，促进固定应用发展，实现部门、地区及用户之间的资源调整和数据共享，实现满足国家产业及大众市场的准确位置服务需求。

千寻知寸（Find CM）是千寻位置中的重要组成部分，以北斗地基增强基准站为基准，基于CGCS 2000坐标基准框架，为系统内的用户提供动态高精度厘米级定位服务。千寻位置是基于RTK技术开发的厘米级全国范围内的定位服务，可以在全国大部分地区提供位置数据服务。通过网络全天候提供高可用性广播，可使用产品群内所有种类的终端及应用系统。在服务范围内，客户不需要自行建设测量基站。千寻知寸厘米级定位服务随时都可以连接到国内测量RTK终端设备，云端数据处理及通信服务器长期处于在线状态，从而达到改善测量作业的效率和提高测量数据质量的目的。千寻知寸将多个卫星定位系统进行充分融合，能够实现用户的高精度快速固定；同时采用标准NTRIP协议和RTCM差动电报，满足多种RTK测量终端使用需求。千寻位置定位原理如图1所示。

图1千寻位置定位原理

1.2 网络连续运行参考站系统

对于连续运行参考站系统来讲，本身是将固定基准参考站、计算机、因特网以及数据通信服务相互组合到一起的网络，该系统作用非常多，可以为用户提供动态性的服务，有着信息化程度高、数据稳定性良好以及智能化的特征[5]。其中，网络连续运行参考站系统涉及多个方面，具体表现为参考站、数据计算中心、用户终端以及通信链路等[6]。参考站主要包括卫星接收机和天线，能够有效提升观测数据的精准性；数据计算中心能够对原始数据进行有效合理改正，保障测量结果的完整性及可靠性；用户终端利用既定通信链路接受参考站和数据计算中心解析数据，从而进行准确定位。网络连续运行参考站系统被称为CORS，属于多基站CORS的一种，从多项参考站内获取观测数据，由计算中心提供区域数据改正信息，对移动站观测数据进行改正，在不需要架设参考站环节的基础上直接和网络相连接，实施RTK测量工作。

CORS服务工作的实质性目的是提供准确的空间位置数据，在该项工作中，就要求诸多固定参考站进行合理的观测，采取优选和加权处理的方式，为用户区域提供精准的数据信息，用户结合相关改正信息实现实时差分定位，获取准确空间位置数据。千寻知寸属于一项动态范围中的网络CORS服务方式，定位原理表现为：用户将概略坐标反馈给千寻网络，采取因特网为授权用户提供差分数据，明确具体位置，使用户接收机固件进行实时差分解算，最终确保相关定位结果的准确性和完善性。

千寻位置定位技术是在原有CORS系统的基础上，不断进行迭代更新，结合现代化测绘技术，逐渐发展壮大的测绘新技术，结合北斗地基增强系统，对全国范围内的一张网进行整合建设，建立全国范围内的位置服务开放式的共有平台，为系统内的用户提供多等级的高精度定位服务，主要包括米级、分米级、厘米级以及静态后处理的毫米级定位服务。千寻网络通常是应用虚拟参考站技术实施工作，基本操作原理如图2所示。

图2 %CORS系统工作原理

1.3 地基增强系统

地基增强系统被称为GBAS，其属于性能良好的一项卫星导航定位基础设施，能够最大程度提升卫星导航定位的准确性，为诸多用户提供精准的定位服务，使用户能够清晰准确的进行定位。地基增强系统包含了四项结构，分别是计算中心、用户终端、基准站网络和通信模块，这几种结构相互组合到一起形成了地基增强系统，基准站网络的功能是进行合理监测，获取准确的卫星观测数据；计算中心的功能是对改正数据进行计算，然后将数据播发出去。

格网VRS是进一步创新和改善以往传统的VRS服务，使其发挥出应有的作用，当处于计算环节中，依照实际的地理位置来分配参考站网络的网格，将各项网格点当成一项标准的参考依据，遵循规范及用户要求，对格网点进行编号处理，借助精度较高的动态性监督数据，确定各格网点位置坐标，形成各项网格点虚拟参考站内的观测数据。然后以概略坐标为主，分析用户所处的格网，提供相关的差分观测数据，以此达到准确性定位的目的。从格网VRS技术实际应用现象来看，主要特点在于使用单向通信，将计算机中心和用户终端相互连接到一起，对于用户终端来讲，完全不需要将数据反馈给计算中心，在一定程度上大大降低数据获取时间以及系统复杂度，同时有利于降低通信线路的负荷程度。

千寻地基增强系统的原理与网络RTK定位技术类似，是利用遍布全国各地的基准站建立一个基准站网，并以这些基准站中的一个或多个为基准，对差分改正信息进行综合计算并发送给移动站，从而获取该地区移动站用户的实时定位数据信息。与常规单基准站定位相比，该方法覆盖范围更广，定位精度更高，可靠性更强，可实时提供厘米级定位结果，进而取代省CORS系统以及单基站外挂电台，进行公路勘测阶段的测量工作。

2.工程实例

2.1 工程概况

本文以千寻知寸网络CORS为基础，在测区范围内布设平面和高程控制网，明确其作业范围，使用千寻知寸的动态测量服务进行公路勘测设计，以控制点各项坐标差值为基准，对利用千寻位置获得的控制点坐标进行点位坐标数据校正，在达到转换坐标目的的基础上，高效率进行测量，结合以上情况来看，本文对某公路勘测项目中千寻位置技术的应用可行性及成果准确性进行研究，工程项目施工控制网如图3所示。

图3施工控制网

千寻位置定位不同于省CORS系统，省CORS系统具有较强的局限性，一般仅在固定范围内提供高精度定位服务，当涉及跨区域公路勘测时，单一省CORS系统无法满足勘测需求，数据链接较为复杂。千寻位置针对CORS系统存在的弊端进行合理改善，在全国范围内大量设置基准站，故千寻位置可提供全国范围内的高精度定位服务，在跨地区的测量过程中，可直接获取2000国家大地坐标系下的测点坐标信息，如存在不同坐标系，则仅需要在RTK中进行坐标系转换即可。

2.2 数据分析

本次研究过程中的工程项目所布设的平面控制网，在测区范围内，共存有GPS控制点19个，同时对GPS控制点也进行了二等水准联测，各基准点间距约为5～7km，均匀分布于公路沿线。本文以千寻知寸为基础，基于点校正算法，获取坐标系间的转换参数，在测区范围内均匀选择10个控制点，所选择的10个控制点需要对整个测区进行完整覆盖，点校正残差计算结果如表1和图4所示。

表1点校正残差 单位：m

图4点校正残差

利用各个控制点的校正成果数据进行坐标系统转换参数的计算，然后以转换后的坐标系统为参考系，采用千寻知寸技术对其他待测量的控制点进行三维坐标采集，并选取剩余9个控制点作为测量点坐标精度检核点，分别从平面中误差和高程中误差对千寻位置测量点位坐标进行精度分析。平面中误差和高程中误差计算式如式（1）所示，坐标精度检核结果如表2和图5所示。

平面中误差可根据X、Y方向的中误差进行求解，如式（2）所示：

式（1）和式（2）中，m为各方向中误差；△为各方向真误差；n为检核点数量。

表2检核点检核比测结果 单位：m

图5检核点检核比测结果

由表2和图5可知：测区控制网平面中误差为0.0143 m，高程中误差为0.0205 m，均达到厘米级精度，且转换后的控制点与检核点的X、Y、Z方向差值波动较小，满足公路勘测规范要求，故采用千寻位置进行公路勘测工作。

测量速度较快，大大提高了测量效率，且测量结果能够满足规范和使用要求，有利于跨区域公路沿线勘测工作的快速开展。

3.结束语

本次研究通过对千寻网络CORS及其基本运行原理进行详细探究，提出了在跨区域公路勘测中应用千寻位置服务的实际思路，依照公路勘测项目案例进行了精度方面的论证，具体获得的结论如下：

（1）千寻位置中千寻知寸自身可提供厘米级定位服务，精度较高，完全满足施工作业要求，同时千寻知寸覆盖范围较广，无需单独架设基站，使用较为灵活，在跨地区测量时无需更换定位服务系统，整体精度较高。

（2）通过工程实例，对跨区域公路勘测初测和定测阶段千寻位置定位进行综合研究。研究结果表明：基于千寻位置的高精度RTK测量成果相对于基于省CORS系统的RTK测量成果，数据可靠性和稳定性显著增强；针对传统RTK测量和CORS系统测量存在的较大局限性，千寻位置提供了较好的解决方案，可广泛应用于较长距离的公路勘测工作，尤其是针对跨省区的公路勘测。

（3）千寻位置整体使用成本要远低于单基站RTK和省CORS系统，且账号注册限制要求较少，单一账号就能够满足多个省市的测量需求，不同仪器设备之间可进行灵活切换，不但能够节省测量成本，还能够提高工作效率，提升测量成果质量，具有较高的实用性。