基于单基站CORS的RTK精度与距离测试.doc

doi: 10 3969 / j issn 1001 358X 2012 01 009基 于 单 基 站CORS的RTK精度与距离测试 王锴华，徐爱功( 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院，辽宁 阜新123000)摘要: 连续运行参考站系统( CORS) 迅速发展，单基站 CORS 的 RTK 定位精度及在中小城市的应用亟待探究，研究利用单基站 CORS 进行七参数点校正求转换参数精度，同时研究了基于单基站 CORS的 RTK 定位精度，得到不同精度相应的测区范围，提供单基站 CORS 系统在城市测量建设中应用的理论基础。关键词: 单基站 CORS;中图分类号: P228 4RTK;转换参数; 精度文献标识码: B文章编号: 1001 358X( 2012) 01 0029 03定基准站的单基站 COR 基 站，它时刻处于开机状 1单基站 CORS 的基本原理态，通过登录数据服务器，使 用 GSM 数 据 链，通 过GPRS / CDMA 网络把标准的实时的差分数据 发 送 给一个或多个移 动 站，这样移动站就可以得到 实 时 差网络 RTK 差 分 定 位 是 CORS 的 主 要 应 用，是CORS 的主要工作原理。当前主流的网络 RTK 技术有虚拟参考站技术( VRS) 、区域改正数技术( FKP) 、主辅站技术( MAC) 等。网络 RTK 技 术 就是利用地面布设的一个或多 个基准站组成 GPS 连续运行参考站( CORS) ，综合利用各个基站的 观 测 信 息，通过建立精确的误 差 修 正模型，实时发送 RTCM 差分改正数来修正用户 的 观 测值精度，在更大范围内实现移动用户的高 精 度 导 航定位服务。CORS 系统可以分为单基站 CORS、多 基 站 CORS、网络 CORS。单 基 站 CORS 只有连续运行站 作为基准站，类似于一加一或者一加多的 RTK，其中 作为基准站的基站上有一个控制软件实时监控卫星 的状态，储存并向流动站发送实时地坐标数据。单基站 CORS 的工作原理( 参见图 1) 是作为固分数据进行测量。单基站 CORS 不同于网络 RTK 的最主要的地方在于它有一个固定的、连 续 接 收 卫 星信号、实时向流动站传送差分信息的基准站，这样就避免了 RTK 测量重复设置基站，既省时又经济。2单基站 CORS 点校正精度研究2 1点校正七参数模型对于空间直角坐标系中的点，如果考虑高程，则点的平面坐标由两个变量 x、y、z 控 制。由 于 使 用GPS 进行定位都 是 相 对 于 WGS 84 大 地 坐 标 系 而 言的，因此需要把地面点在 WGS 84 的坐标通过坐 标系间的转换参数转换为北京 54 坐 标 系 或 者 西 安80 坐标系。若考虑 高 程，设 ( XDi，YDi，ZDi) 和 ( XGi，YGiZGi) 分别为地面控制点和 GPS 控制点的参心和地心坐 标，两平面坐标系间的转换由坐标原点的位移 X、Y、Z，坐标轴 的 旋 转 参 数 为 x 、y 、z ，坐 标 轴的尺度参数 这四个参数控制，其数学模型为: XDi XGi y XGi z X YDi = YGi + Y + z YGi ( 1) x ZGi ZDi ZGi Z y x如果需要确 定 这 四 个 参 数，至少需要测定三个 平面点 分 别 在 WGS 84 和 西 安 80 坐 标 系 下 的 坐标。2 2实验概况实验以辽工大致远楼四楼南方单基站 CORS 对图 1 单基站 CORS 系统的工作原理理论覆盖范围内的城市 GPS 控制网进行实 测，共 实测 28 个 GPS 控制点，其中一等点 3 个，二等点 6 个，其它 19 个均为四等 GPS 点，部分控制点如图 2。表 1 外符合精度计算表X( m)Y( m)点号点名12345678910111213141516171819202122232425262728D01D02D03D04D05D06D07D08D09D10D11D12D13D14D15D16D17D18D19D20D20D18D19D20D20D18D19D200 0120 0140 0130 0140 0130 0140 0160 0140 0160 0180 0150 0170 0180 0170 0160 020 0210 0170 020 0230 0220 0240 0260 0290 0310 0330 0360 0370 0110 0120 0120 0130 0150 0170 0140 0150 0150 0160 0170 0180 0210 0190 0180 0170 0180 0220 0190 0270 0260 0270 0240 0280 0270 0290 0320 035图 2 GPS 控制点的分布在实验中，首 先 对 系 统理论覆盖服务范围进行 分类，分为 5 km、10 km、15 km、20 km、30 km、40 km、50 km，在各测区范围内分别选择两组校正点来求取 转化参数，利用两组转换参数来实测内部及 周 边 的 已知静态点，分析转换参数对实测精度的影响; 同时 再对测区外的已知点求转换参数，与 已 知 点 坐 标 比较并计算内、外符合精度。首先选择 D01 、D02 、D03 三个已知点作为 第 一 组求解 转 换 参 数，测定外符合精度; 再 选 择 D02 、 D03 、D04 三个已 知点来求解转换参 数 并 对 已 知 点 的控制区域内部和外部的 3 个已知点进行实测。5 10 km、10 15 km、15 20 km 的转换参数也用 同样的方法求得。当距离增至 30 km 时，为 保 证 参 数能够覆盖整个测区，选点时要选定测区内的 3 个 点以及测区外的两个点进行参数求解 20 30 km、30 40 km、40 50 km 每个范围用两组已知点求 转换参数，其中 一组在测区内部，另一组的其中两 个点在测区上或测区外。xx= 0 021 ( m)x = 槡 N( 3)yy= 0 022 ( m)2 3精度研究系统的外附 合精度指的是利用实测的 WGS y = 槡 N由以上数据 可 以 得 出 如 下 结 论: 在 较 小 的 范 围内( 30 km 左 右) ，四参数和七参数的 所 测 得 平 面 精 度相当，当覆盖范围再增大时四参数法明显 低 于 七 参数法的精度，且四参数精度出现随距离衰 减 的 趋 势。七参数在 40 km 内 精 度 基 本 稳 定，但 是 在 距 离 再度增大时，精度也有下降趋势，且成正比关系。转 换参数都有它 的 适 用 范 围，在一定区间内求 解 的 转 换参数只能用在它的附近和内部，而 不 能 在 其 它 测 区使用。84 坐标系下 所得的经纬度坐标，经过坐标转换和 投影后转换成 对 应地方坐标系下的坐标后并该坐 标系下的已知点坐标相比较所 得 的 结 果，表 示 下 式 为:( 2)= 槡N其中: 是测量点利用参数转换后的转换值与已知值之差，N 为每一测点测量 值 总 数， 为 系 统 外 符 合精度。实测数据及计算数据如表 1 所示。范围不能覆盖那么远的距离。3单基站 CORS 相应精度测区范围的研究表 2实测数据与已知点静态数据计算表3 1实验背景单基站 CORS 具 有 作 业 范 围 广、测 量 精 度 高 的X( m)Y( m)点号点名123456789101112131415161718192021222324252627282930G01G02G03G04G05G06G07G08G09G10G11G12G13G14G15G16G17G18G19G20G21G22G23G24G25G26G27G28G29G30 0 0150 0170 018 0 014 0 018 0 020 0240 016 0 019 0 0250 018 0 0170 018 0 0170 02 0 049 0 0230 020 023 0 0210 022 0 022 0 0180 0240 019 0 0250 023 0 0280 035 0 0370 015 0 016 0 0140 017 0 0190 023 0 018 0 0210 02 0 0190 021 0 0180 019 0 018 0 017 0 0410 019 0 0210 0220 023 0 0190 02 0 020 0210 023 0 024 0 0240 0270 037 0 039优点。本实验主要研究对于距离单基站 CORS 基准站距离不同的控制点分别进行 RTK 测 量 和 静 态 测量，对比二者的 WGS 84 坐标系下的平面及高程坐标，从而得到相应精度的测区范围。3 2实验概况及数据实验以辽工大致远楼南方单基站 CORS 为 中心，分 别 研 究 10km、20 km、30km 范 围 内 单 基 站CORS 的精度。在 0 10 km 范围内选取 15 个测点，在 10 20 km 范围内选，取 8 个测点，20 30 km 范围内选取 4 个测点，30 km 以外选取 3 个测点，共 30个点，先用静态测得 控 制 点 的 坐 标，再 用 单 基 站CORS 测动态点坐标，计算 X、Y 的差值，实测及计算 数据如表 2、图 3、图 4 所示。图 3 X 方向的坐标差值分布4结 语图 4 Y 方向的坐标差值分布精度分析从坐标数据表可以看出实验测试点的最大误差通过对七参数模型下点校正精度的分析和不同3 3范围内 RTK 实测精度的研究，得到如下结论:( 1) 在 30 km 范围内，单基站 CORS 的转换参数能够覆盖整个测区且单点平面定位精度稳定在 3 cm之内;( 2) 在 30 50 km 范围内，测区内的转换参数不 能代表整个测 区，需要在测区外加测控制点 求 转 换 参数;( 3) 在 50 km 测区范围内，单基站 CORS 基本上 能够达到 3 cm 的精度，完全可以进行城市 1 500 地为 0039m，该 点 距 离 基 站 km，最 小 误 差380 014 m，距 参 考 站 0 5 km。由 X、Y 方 向 的 的 坐 标差值分布表可以看出，基站在 10 km 的范围内 坐 标差随距离变化 很 小，曲 线 平 缓，精 度 很 高，在 距 离 基站 20km 以内平面坐标基本上 可 以 达 到 3 cm 的 精 度，30 km 内可以达到 5 cm 的精度，可以满足一般工 程的需要。但是距离基站 30 40 km 后 X、Y 方向的 差值 增 大，增 长 速 度 较 快，主要是由于距 离 基 站 较 远，受电离层和对流层误差的影响较大，转换参数的形图的测图及城市工程测量。( 下转第 68 页)态最大下沉值不再显著增加，标志地表初始 下 沉 阶段结束，此后动态下沉盆地出现平底，称活跃下沉阶 段。作面向前移 动。此 阶 段，滞 后 回 采 工作面一固定距 离的地面最大下沉值基本稳定。进入衰减阶 段。当 回 采 结 束 后，推 进 距 离 不 再 变化，下沉曲线向前移动较小，最大下沉速度衰减很 快，地面下沉进入衰减阶段。4结 语煤矿开采造 成 了 严 重的环境地质问题，其 中 以采空沉陷引发的地面变形尤为突出。地面变形不仅 影响煤矿安全生产，损坏地面建筑物，危害人民财产 安全，而且破坏农田耕地，往往带来一定的经济损失 与社会问题。煤炭开采活动中，必 须充分重视地质 灾害影响。参考文献:1国家煤炭工业局 . 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与原 煤 开 采 规 程M. 北 京: 煤炭工业出版社，图 4初始下沉阶段、活跃下沉阶段的沉陷变形曲线2004.工程地质手册编委会 . 工程地质手册M. 北京: 中国建筑工业出版社，2007.史珍珍，陈绪钰，牛望等 . 煤矿采空沉陷区地面变形危害评估研究J. 中国矿业，2009( 4) .2活跃下沉阶段。当工作面推进距离接近 1 3 倍平均采深时，动态下沉盆地达到活跃下沉阶段，此时地表下沉速率较大。此后，在匀速等厚开采条件下， 工作面继续向 前 推 进，工作面一侧下沉盆地 走 向 主 断面上的动态沉陷变形曲线形态基本不再变化。也 就是说，活跃下沉阶段走向主断面上的地表 下 沉 速 度分布曲线是不随工作面的继续推进而变化。最大 下沉速度点滞后回采工作面一固定距离，并尾随工3 作者简介: 范建洲(1964 )，男，山西临猗人，副教授，就职于山西大学工程学院，从事工程测量教学和科研工作。( 收稿日期: 2011 10 19)檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸( 上接第 31 页)7刘彦芳，何建国，张现礼等 几种网络 RTK 技术的比较分析J 地理空间信息，2009，7( 2) Usui，S，H Higuchi，J Kanda，K Wakimoto，S Tanaka，FSatoh ( 2004) : Nation Wide RTK GPS based on FKPmethod and Applications for Human navigation and Loca-tion Based Services Proceedings of the ICME2004，Tai-pei，Taiwan，June 2004张恒璟 南方单基站 CORS 在校园平面控制网中的应用J 辽宁工程技术大学学报，2010，29( A01) .参考文献81柏 柳，肖 鹜，胡 友 健CORS 的精度及其稳定性研究 J河南理工大学学报 2005