GPS连续运行参考站网（CORS）在工程测绘中的应用及展望

报告给控制中心，由控制中心有针对性地产生校正数据并传给特定的用户，每个用户得到的数据则可能不同，如虚拟参考站VRS技术。

（4）用户部分

用户部分就是用户的接收机，加上无线通讯的调制解调器及相关的设备。

CORS的工作流程图如图1，图2所示：

图2

1.2.3 CORS支持下的定位模式

单基站系统：就是只有一个连续运行站。类似于一加一的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替，基准站上有一个控制软件实时监控卫星的状态，存储和发送相关数据。

多基站系统：分布在一定区域内的多台连续观测站，每一个观测站都是一个单基站，同时每一个单基站还有一个中央控制计算机控制。

1.2.3.1 DGPS

差分GPS（Differential GPS，DGPS）要求至少有两台接收机，一台固定，一台用于流动定位。固定的接收机是关键，流动站以它作为参考站来进行GPS卫星测量。根据差分GPS参考站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分、相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由参考站发送改正数，由用户流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。

1.2.3.2 RTK

RTK技术（Real Time Kinematic，RTK） 又称为载波相位差分技术，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的，它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。与伪距差分原理相同，由参考站通过数据链实时将其载波观测量及参考站坐标信息一同传送给用户站。用户站一方面通过接收机接收GPS卫星的载波相位，同时通过无线电接收设备接收参考站传送的信息，根据相对定位原理组成相位差分观测值进行处理，实时地以厘米级的精度给出用户站三维坐标。

载波相位差分GPS有两种定位方法：改正法和求差法。前者与伪距差分相同，参考站将载波相位的改正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正，然后求解坐标。后者是将参考站的载波相位发送给用户站，并由用户站将观测值求差进行坐标解算。

1.2.3.3 网络RTK

网络RTK也称多基准站RTK，是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。网络RTK系统是网络RTK技术的应用实例，它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分组成。一个基准站网可包含若干个基准站，每个基准上配备有双频全波长GNSS接收机、数据通讯设备和气象仪器等。基准站的精确坐标一般可采用长时间GNSS静态相对定位等方法确定。基准站GNSS接收机按一定采样率进行连续观测，通过数据通讯链路实时将观测数据传送给数据处理中心，数据处理中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个基准站网数据进行统一解算，实时估计出网内的各种系统误差的改正项（电离层、对流层和轨道误差），建立误差模型。网络RTK系统根据通讯方式不同，分为单向数据通讯和双向数据通讯。单向数据通讯中，数据处理中心直接通过数据发播设备把误差参数广播出去，用户收到这些误差改正参数后，根据自己的位置和相应的误差改正模型计算出误差改正数，然后进行高精度定位。双向数据通讯中，数据处理中心实时侦听流动站的服务请求和接收流动站发过来的近似坐标，根据流动站的近似坐标和误差模型，求出流动站处的误差后，直接播发改正数或者虚拟观测值给用户。基准站与数据处理中心间的数据通讯可采用数据网DDN或无线通讯等方法进行。流动站和数据处理中心间的双向数据通信则可通过GPRS、CDMA等方式进行。

单基准站系统虽说比常规RTK有所改进，但还是不能解决向长距离定位等问题，多基准站系统在作业过程中，用户站从一个参考站的有效精度范围进入另一个参考站的精度范围，严格意义上讲还是属于常规RTK，如果要使基线精度优于3厘米，需要在一个区域内密集的布设参考站，站间距离应小于30km。精度随着基线的增长而衰减，且分布不均匀，如果要求按一定精度覆盖整个区域，需要架设较多的参考站。需要的投资也是巨大的。我们完全可以在一个较大的范围内均匀稀松的布设参考站，利用参考站网络的实时观测数据对覆盖区域进行系统误差建模，然后对区域内流动用户站观测数据的系统误差进行估计，尽可能消除系统误差影响，获得厘米级实时定位结果，网络RTK技术的精度覆盖范围大大增大，且精度分布均匀。网络RTK系统基准站数据可以为各种用户提供GPS原始数据服务；网络RTK分米级实进定位可以满足城市和市政测图、资源管理、精细农业、环境监测、水利测量、车辆自动定位导航系统、GIS、资产和市政管理等；网络RTK厘米级高精度定位可以满足地籍测量、建筑放样和施工控制、港口和受限制水道的精密导航、线路道路测量、高精度资产管理、地形测量和工程测量、油气勘探等。

1.2.3.4 VRS

与常规RTK不同，VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体的改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站。（见图3）这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了 RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。

虚拟参考站（VRS）具有的优势是：它只需要增加一个数据接收设备，不需增加用户设备的数据处理能力，接收机的兼容性比较好；允许服务器应用整个网络的信息来计算电离层和对流层的复杂模型；在整个VRS生产步骤中对流层模型是一致的，消除了对流层误差；虚拟参考站系统的另一个显著优点就是它的成果的可靠性、信号可利用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀，同离开最近参考站的距离没有明显的相关性。

但VRS技术要求双向数据通讯，流动站既要接收数据，也要发送自己的定位结果和状态，每个流动站和数据处理中心交换的数据都是唯一的，这就对系统数据处理和控制中心的数据处理能力和数据传输能力有很高的要求。由于通讯技术和计算机技术发展较快这些问题影响也不大，VRS技术目前应用得比较广泛，可以说网络RTK技术的一个代表。

第二章 HZCORS在工程测量中的应用实例

杭州CORS的建立相比常规RTK测量在工程测量有着很很大的优越性，测区控制点的收集相对比较麻烦，有了CORS，无需再联测已知控制点，只要申请相关时段的CORS数据即可。下面以杭州市余杭区第二期城镇数字地籍调查项目为例，根据1：500地形图测图的需要，特布设了GPS一级控制网。GPS一级控制点的平面和高程值均采用HZCORS网络RTK技术进行测定。

在测量时充分体现了使用杭州CORS的优越性：

1.可以大大提高测绘精度、速度与效率， 降低测绘劳动强度和成本， 省去测量标志保护与修复的费用， 节省各项测绘工程实施过程中约30% 的控制测量费用。随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。

2.可以对控制点进行实时、有效、长期的监测，连续运行参考站系统能够全年365 天，每天24 小时连续不间断地运行，全面取代常规大地测量控制网。用户只需一台GNSS 接收机即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的实时、准实时的快速定位或事后定位。全天候地支持各种类型的GNSS 测量、定位。如果利用已建成的CORS对外开发使用，收费标准可以根据各地的投入和实际情况制定，经济效益和社会效益显著。

3.测量的数据为WGS84坐标，通过杭州市勘测设计院提供的坐标转换软件进行坐标数据转换，求得杭州市独立坐标。省去求参数的时间，控制点平面和高程成果在限差内取三次观测成果的平均值。

当然CORS在使用过程中也存在有一些问题：

1.初始化

初始化能力和所需时间问题。在山区，一般林区，城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都会受影响。以余杭測区为例，一些高级住宅小区，镇中心楼房密集等区域，RTK卫星信号经常被阻挡，中海达RTK所需初始化时间一般比较长，而且精度往往不是很好。高程两次求得中误差有时会超过5CM，甚至10CM以上。这样不仅降低了测量效率，而且测量精度得不到保证。这些地方建议用水准测量提高高程测量精度。

2.CORS测量成果的质量控制

用CORS动态比静态GPS还多出一些误差因素-如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。 质量控制的方法主要有：

（1）已知点检核比较法--即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核。发现问题即采取措施改正。

（2）重测比较法—每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。

3.测量时段

白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。在余杭测区，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午11点之前和下午3：30分之后，RTK测量结果准而快，而中午时分，很难进行RTK测量。

可见选择作业时段的重要性选择作业时段。一般中午时分不易进行RTK测量，或者测量效率很低，所以要早出工，晚收工，利用良好时段进行RTK测量，不仅效率快，而且精度高。.

4.测量盲区

在留下测量控制点的时候，发现杭州CORS网在一些个别地方，不同时间段都会信号很弱，甚至信号中断等情况，建议市CORS网相关部门对这些地区进行进行维护，有必要时可以加密一些基站，以保证该地区信号的正常输送。

5.服务问题

由于管理及政策的原因，我国各地CORS基本处于独立运行的状态，尚未实现跨行业、跨地区的联网。此外与国外相比，我国在GNSS定位技术研发、工程建设水平基本持平，但基准站网覆盖范围、站点密度、服务内容等存在一定差距。因此，建设一个地区参考站网的中远期目标是实现广域范围内的信息资源共享，提供高精度的实时定位服务等目标。

第三章 CORS的发展现状及展望

CORS的理论源于上世纪八十年代中期加拿大提出的“主动控制系统（Active Control System， ACS）”。该理论认为GPS主要误差源来自于卫星星历，D .E .Wells等人提出利用一批永久性参考站点，为用户提供高精度的预报星历以提高测量精度。

之后基准站点（Fiducial Points，FP）概念的提出，使这一理论的实用化推进了许多，它的主要理论基础即在同一批测量的GPS点中选出一些点位可靠，对整个测区具有控制意义的测站，采取较长时间的连续跟踪观测，通过这些站点组成的网络解算，获取覆盖该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数，用于测区内其它基线观测值的精密解算。CORS是目前国内乃至全世界GPS的最新技术和发展趋势，发达国家基本上每几十公里就有一个站，发展中国家也在陆续地建立起CORS。

当前国外美国连续运行基准站网系统（CORS）、加拿大的主动控制网系统（CACS）、日本GPS连续应变监测系统（COSMOS）、澳大利亚悉尼网络RTK系统（SydNet）、德国卫星定位与导航服务系统（SAPOS）都已投入使用；国内而言，继深圳率先建立CORS以来，CORS热潮不断，北京、上海、成都、青岛、武汉、天津、杭州、昆明等地也都先后建立了市级CORS。

国内第一个GPS永久性跟踪站于1992年建立于武汉，用于全球陆地参考框架定义以及GPS卫星轨道确定，而后分别在北京（1995），拉萨（1995），乌鲁木齐（1995），咸阳（1997），西宁（1998），哈尔滨（1999）和海口（1998）等地建立了GPS连续运行参考站，主要目的就是建立国家大地基准控制，为我国坐标框架建设提供参考依据。

2006年由中国地震局，总参测绘局，中国科学院，国家测绘局，中国气象局和教育部等六部委联合向国家发改委申请的“中国大陆环境构造监测网络”项目通过比准，该项目将在全国建成260个GNSS连续运行参考站，最终形成全国最大的连续运行参考网系统。目前已在深圳，北京，天津，上海，成都，重庆，长春，昆明，武汉，香港等城市建立了区域性连续参考网，江苏省，江西，广西等省目前也拥有省内CORS网络。

CORS将是城市信息化的重要组成部分， 并由此建立起城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架， 从而从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化。能使更多的部门和更多的人使用GPS 高精度服务，必将在城市经济建设中发挥重要作用，带来巨大的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]魏二虎，黄劲松.GPS测量操作与数据处理.武汉：武汉大学出版社，2007

[2]祁芳，刘晖，GPRS技术在CORS系统中的应用[J].全球定位系统，2003（1）：37240

[3]柏柳，肖鸾，胡友健.CORS的精度及其稳定性研究.河南理工大学学报[J].200524（4）.

[4]周其焕.建立GPS基准站网系统的探讨[J].中国民航学院学报， vol.15，1997（3），p17～23

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