浅谈城市连续运行参考站系统

　　摘要：本文介绍了虚拟参考站（VirtualReferenceStations，简称VRS）技术原理，以及基于VRS技术的城市连续运行参考站系统（ContinuousOperationalReferenceSystems，简称CORS）的构成，展望CORS的建设和应用在城市数字化建设中发挥越来越广泛的作用。
　　关键词：RTK,VRS,CORS,城市建设
　　1．前言
　　GPS实时动态定位（RealTimeKinematic，简称RTK）技术是目前最为广泛使用的测量技术之一，它将GPS和数传技术相结合，实时解算进行数据处理，在1～2秒的时间内得到高精度的三维坐标位置信息。该技术极大地拓展了GPS技术的应用领域，摆脱只做控制测量的局限性，广泛应用于工程测量方面，但是RTK的应用受限于电离层和对流层的影响，主要的局限性表现为：
　　（1）用户需要架设本地参考站；
　　（2）误差随着距离的增长而增大；
　　（3）误差增大使流动站和参考站的距离受到限制（<15km），因而需要建设足够多的流动站；
　　（4）可靠性和可行性随距离增长而降低。
　　由于RTK技术的局限性，促使网络RTK技术的快速发展，产生了更趋完美的VRS技术。该技术突破常规RTK作业系统分散、相互独立、作业距离短、基站更换频繁、精度和可靠性随距离增长而降低等缺陷，使一个地区的测绘工作成为一个有机的整体，大大扩展RTK的作业范围，使GPS技术的应用更加广泛，精度和可靠性得到进一步提高，完成以往难以完成的测量任务，最重要的优点是体现在节约建立GPS网络的成本。
　　2．VRS系统的组成及工作原理
　　VRS系统主要包括三个部分：控制中心、固定参考站站和用户部分。
　　（1）控制中心：是整个系统的核心部分，既是通讯控制中心，也是数据处理中心。它通过通讯线（如光缆、ISDN、电话线等）与所有的固定参考站通讯，通过数字移动电话网络（如GSM、CDMA、GPRS等）与用户通讯。由计算机实时系统控制整个系统的运行。
　　（2）固定参考站：是固定的GPS接收系统，分布在整个VRS网络中，一个VRS网络可以包括至少三个以上的固定参考站，站间的距离可达70km（相比传统高精度的GPS网络，站间距离为10～20km）。固定参考站与控制中心由通讯线相连，数据实时地传送到控制中心。
　　（3）用户部分：由GPS接收机、无线通讯的调制解调器组成，等同于流动站。接收机通过无线网络将初始位置发给控制中心，并接收控制中心发出的差分信号，生成厘米级的位置信息。
　　VRS系统的工作原理：各固定参考站将接收到的所有原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，流动站通过移动电话网络向控制中心发送一个概略坐标（以蜂窝通讯采用标准的NMEA数据形式发送）。控制中心接收位置信息后，对给定的位置进行几何替代处理，通过内插修正过的星历误差、电离层和对流层误差，为该流动站生成一个“虚拟参考站”，再生成一组标准格式的改正信息，通过蜂窝通讯设备由控制中心发送给流动站。流动站接收到控制中心发出的修正信息，相当于参考站在旁边。
　　3．VRS系统的优势
　　由四个站间距离约为70km的固定参考站组成的测试网，得出的测试数据显示，与传统的GPS网络相比，VRS系统可以节约成本近70％，冷启动时间节省一半的时间。X方向的位置误差有90％<19mm、99%<26mm；Y方向的位置误差有90％<9mm；99%<21mm；高程误差有90％<25mm；99%<49mm，可见精度相当高且分布均匀。与传统的RTK相比，VRS还有以下几点优势：
　　（1）增大了流动站与固定参考站的作业距离，作业范围可扩大到50km，并能保证精度；
　　（2）费用大幅度降低，70km的边长可使GPS网络的建设费用大大降低，用户无需架设自己的基准站；
　　（3）精度保证控制在1～2cm范围，如采用多个固定参考站的联合数据，更能提高可靠性；
　　（4）用户可通过Internet获取存储在控制中心的历史改正值用于事后差分；
　　（5）更加广泛的应用范围：城市测量、城市规划、GIS、市政建设、交通管理、机械控制、工程监控、船舶车辆导航、公安消防、农业、气象、生态环保等等领域。
　　4．CORS系统的应用意义
　　基于VRS技术的CORS系统的建立，会给测绘应用领域带来重大的变革：
　　(1)各种控制测量：传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网来施测，不仅费工费时，要求点间通视，精度分布不均匀，而且在外业不知精度如何；采用常规的GPS静态测量、快速静态和伪动态方法，在外业测量过程中不能实时知道定位精度，测量完成后需内业处理方可知道精度情况，如不合要求还须返工。而采用CORS系统进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度满足要求了，用户就可以停止观测，还知道观测质量如何。不仅可以减少人力强度、节约成本费用，而且极大地提高了作业效率，测一个控制点在几分钟甚至十几秒内就可完成。
　　（2）数字化测图：采用CORS系统进行数据采集时，仅需单人持GPS接收机在需测的地形地物碎步点上待一两秒时间，同时输入地形地物特征编码，通过电子手簿可以实时知道点位精度，完成整个测区的外业工作，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图。配合电子手簿可以测设各种地形图，包括普通数字化测图、铁路路线带状地形图测绘、公路管线地形图测绘等，配合测深仪还能应用于水下地形图、海洋测图等。
　　（3）工程放样：采用CORS系统进行放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，手持GPS接收机，根据提示走到需放样的位置，既快速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度高且比较均匀，因而在外业放样中会大大提高作业效率。
　　（4）CORS系统还可以应用进行城市基础数字化地形图动态跟踪修测、工程变形实时监测、GIS动态更新等领域。
　　5．结束语
　　VRS技术的出现，标志着高精度GPS的发展进入一个崭新的时期，它将GPS、Internet、无线通讯技术和计算机网络管理技术融合一体，将GPS的应用领域极大的扩展，代表着GPS发展的方向。CORS系统的应用，必将在城市建设中发挥极大的推动作用，给城市带来巨大的社会效益和经济效益。
　　
　　参考文献
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