單基站COＲS系統的建設與實施范文

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摘要:為了適應市場人才需求，昆明冶專建立了單基站coRs系統。該文從單基站CORS系統的選址、組成、設置、測試和應用進行了全面闡述。實踐表明:昆明冶專單基站CORS系統定位精度完全滿足設計要求，對安寧大學城及其周邊區域的教學、工程和科研起到了積極的促進作用。

關鍵詞:全球導航衛星系統;連續運行參考站系統;單基站;aCORS系統;實踐應用;

1引言

近年來GNSS技術發展迅猛，特別是CORS技術［1，2］在工程應用中的范圍越來越廣泛。為了適應市場人才需求，昆明冶金高等專科學校(簡稱昆明冶專)除傳統RTK外，還開設了CORSRTK，并積極籌建了CORS系統。但是由于多基站CORS系統具有建設成本高、周期長、技術難度大等特點，故選擇了單基站CORS系統的建設，于2011年1月建成運行。隨著我國BDS技術的飛速發展，積極響應我國BDS的產業化發展道路，在2016年4月重新對昆明冶專單基站CORS系統進行了升級改造，由原來的雙星系統(GPS和GLONASS)升級為三星系統(GPS、GLONASS和BDS)。本文就昆明冶專單基站CORS系統的建設和具體應用作一探討。

2單基站CORS系統原理

單基站CORS系統，類似于一加一或一加多的RTK。基準站由一個連續運行的參考站代替。參考站上有系統控制軟件實時監控衛星的狀態，存儲和發送相關數據，同時參考站的服務器通過GPRS/CDMA網絡提供流動站的差分服務和用戶管理［3］。它將尖端科技領域的衛星定位技術、地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發技術有機地結合在一起，為用戶提供了全新、透明、可視、實時的定位服務。單基站CORS系統，主要由GNSS基站、網絡服務器、電源系統、用戶系統等主要單元組成。GNSS單基站的結構，如圖1所示。單基站數據建立在高速光纖網絡上，基準站服務器通過SDH數字光纖電路連接Internet，提供GPRS/CDMA實時定位服務及靜態數據下載服務。移動站可以通過GPRS/2018年第5期勘察科學技術CDMA網絡訪問Internet和基準站服務器實時通信。它的覆蓋范圍一般可達30km［4］。 

3昆明冶專單基站CORS系統的建設

3.1昆明冶專單基站CORS系統的選址

昆明冶專單基站CORS系統選址在昆明冶專測繪學院6樓樓頂。該房屋為框架結構，建筑物牢固穩定，基準站觀測墩采用永久性觀測墩(見圖2)。為防止GNSS接收機天線被雷擊，樓頂安裝有防雷裝置避雷針。

3.2昆明冶專單基站CORS系統的組成基準站結構

基本上是基于現代計算機網絡的規范與標準的網絡終端，主要包括GNSS接收機、不間斷電源UPS、通訊設備、服務器等單元(見圖3)。3.2.1基準站接收機基準站接收機采用NetS8三星接收機，是一款功能強大的網絡CORS主機。采用Linux為內置操作系統，是真正意義上的嵌入式控制系統;采用TrimbleBD970GNSS接收主板，工業級低功耗設計，抗干擾能力強，高穩定性，滿足CORS系統長時間無人值守穩定運行的要求。3.2.2基準站GNSS接收天線接收機天線采用CR3G3大地測量型扼流圈天線，是一款涵蓋GPSL1/L2、GLONASSL1/L2的扼流圈測量天線。具有相位中心穩定性高、重復性好;多路徑抑制效果優異;對低仰角衛星跟蹤能力強;獨特的防水防塵設計，適宜戶外長年正常工作等特點。3.2.3UPS電源UPS電源為服務器、路由器等設備供電。供電時間大于24h，純在線式設計，輸出電壓AC220V和DC12V，零中斷切換，輸入輸出之間隔離供電，不受市電雜波、電壓不穩等因素影響，帶來電自啟動功能。各單元間的連接與通訊是基準站設計的核心部分，其可靠性和穩定性決定了整個系統的運行性能與可靠性。昆明冶專單CORS基站服務器軟硬件系統放置于測繪學院6樓云南省示范實驗室，并由專人負責維護。

3.3昆明冶專單基站CORS系統軟件及設置

3.3.1參考站控制軟件、管理軟件南方NRS網絡參考站系統主要包含三大數據處理模塊:NRSCenter、NRSStation、NRSServer。其中NRSCenter是基站管理軟件，可實現遠程監控和管理基站，進行靜態數據打包、存儲與下載。NRSStation是數據處理中心軟件，可計算衛星位置、整周模糊度，進行周跳探測及修復，估計大氣延遲量，實時查看衛星狀態和運行軌跡，向Internet發送差分信息以及監控移動站作業情況。NRSServer是用戶管理軟件，可計算用戶位置誤差改正數，實現用戶數據通訊。3.3.2南方工程之星應用軟件設置［5］在應用昆明冶專單基站CORS系統前，需對GNSS移動站進行相應設置。現以南方銀河1接收機和工程之星3.0為例介紹設置過程。1)連接手簿和GNSS主機。打開工程之星3.0，在主界面右鍵點擊“配置”圖標，選擇“藍牙管理器”選項。點擊掃描，待掃描完成后選中要進行藍牙連接的GNSS主機序列號，點擊“連接”即可。此時軟件主界面左下角顯示“Blue”字樣。2)選擇網絡連接模式。選擇“配置”圖標彈出的“儀器設置”選項，繼而選擇“主機模式設置”/“網絡”選項，確定。3)進行網絡參數設置。選擇“配置”圖標彈出的“網絡設置”選項，點擊“增加”按鈕，進行相應參數設置。名稱:Network，方式:NTRIP－VRS，連接:GPRS/CDMA，APN:cmnet，地址:218.194.208.161，端口:6060，用戶:DS2017，密碼:＊＊＊＊＊＊。點擊“獲取接入點”按鈕，待“獲取源列表成功!”后，確定。選擇所需接入點，確定。返回到“網絡設置”界面，點擊“連接”按鈕。4)在網絡連接界面，①如無SIM卡，則SIM卡檢查失敗;②如SIM卡欠費，則無法注冊網絡;③如服務器未開或卡死，則無法登陸服務器。直到6個選項全部變綠打鉤，成功上發GPGGA數據，方可確定。此時，建立數據鏈，初始界面的“單點解”變為“差分解/浮點解/固定解”。

3.4昆明冶專單基站CORS系統精度測試

為檢測單基站CORS系統轉換參數的正確性及其測量精度，在以昆明冶專為中心的安寧大學城，利用昆明冶專單基站CORSRTK技術對原有26個E級GNSS點進行了動態測量，并與原E級靜態測量結果進行比較，用以檢驗昆明冶專單基站CORS系統的測量精度和使用情況，為后續系統的充分利用做好準備。為評價單基站CORS系統的精度，引入了外符合RMS作為其精度評定準則［6］。外符合RMS由實際求解的GNSS點坐標與己知的GNSS點坐標求差并通過公式RMS=±(ΔTΔ)/槡n計算得到，其中，Δ為GNSS點坐標較差序列，n為GNSS點總數。經統計分析，平面精度檢測結果最大點位誤差為±4.6cm，最小點位誤差為±0.2cm，點位RMS為±3.7cm;高程精度檢測結果最大高程較差為±7.8cm，最小高程較差為±0.6cm，高程RMS為±4.2cm。由此可知，在整個測區范圍內，利用單基站CORS系統測量的平面點位精度滿足小于±5cm的方案設計要求，高程精度也滿足1∶500數字測圖的圖根點要求。

4實踐應用及精度分析

自從2011年昆明冶專組建單基站CORS系統以來，特別是2016年升級改造后，較好地滿足了以昆明冶專為中心的周邊地區的高校教學和工程實踐應用。

4.1教學實踐應用

現在不僅昆明冶專開設測繪專業，而且安寧大學城的云南經濟管理學院、云南工程職業學院、昆明工業職業技術學院、云南技師學院等均開設有測繪及相關專業。他們不僅可以利用昆明冶專單基站CORS系統在課堂上進行GNSS實訓，滿足課堂教學實踐需求，而且在“數字測圖實習”、“控制測量實習”、“施工放樣實習”等實踐教學中，都充分發揮了昆明冶專單基站CORS系統的作用，不僅提升了教學質量，還提升了整體師資水平。新時代測繪技能大賽已成為構建現代職業教育體系的重要組成部分。在昆明冶專舉辦的歷屆測繪技能大賽中，包括2014年云南省高等職業院校測繪技能大賽、2015年全國測繪地理信息行業職業技能競賽“南方測繪杯”云南賽區選拔賽、2017年云南省高等學校學生測繪技能大賽、2017年全國職業院校技能大賽高職組測繪競賽，均包含有1∶500數字測圖賽項，要求采用RTK作業。據全國職業院校技能大賽高職組“測繪”賽項規程，要求比對參賽隊地形圖和標準地形圖進行評分，其中點位誤差小于15cm，檢查10處;邊長誤差小于15cm，檢查5處;高程誤差小于1/3等高距，檢查5處。在對所有參賽隊的評分比對過程中，只要保證RTK是固定解的情形下，利用昆明冶專單基站CORS系統所測地形圖與標準地形圖的點位和邊長精度均小于5cm，高程精度均小于10cm，很好地滿足了測繪技能大賽的賽項規程要求，對歷屆測繪技能大賽的順利舉辦提供了很好的技術保障。

4.2工程實踐應用

除滿足安寧大學城所有高校的教學實踐(包括測繪技能大賽)需求，還為校外周邊設計施測單位(比如云南省西南地質勘查局312隊、安寧市設計院、星網測繪技術有限公司)及測繪工程項目提供了優質的工程應用服務。下面以500kV草鋪變改擴建進出線工程為例進行介紹。4.2.1工程概述在云南省電力設計院負責的500kV草鋪變改擴建進出線工程中，共分4回，分別為A回、B回、C回和D回，全長約31km。500kV草鋪變電站距昆明冶專約12.4km，所經線路路徑位于安寧市區域境內，昆明冶專CORS網絡信號完全覆蓋。因此可采用昆明冶專單基站CORS系統進行本次輸電線路終勘。4.2.2精度分析在500kV草鋪變改擴建進出線工程中，為了驗證單基站CORSRTK是否能滿足輸電線路測量的精度要求，在工程實地選擇通視相對良好地段，利用高精度徠卡全站儀TCR1201+對部分直線樁進行了實地檢測［7］，直線精度均在1'以內(見表1)。由表1實測結果表明，采用昆明冶專單基站CORSRTK進行線路終勘定位完全滿足輸電線路勘測技術規程［8］。

4.3其它應用

利用南方NRS網絡參考站系統的三大數據處理模塊(NRSCenter、NRSStation、NRSServer)的強大功能，可為從事科學研究的工作人員提供有價值的GNSS原始觀測數據，從而為科研項目的順利開展提供數據保障。

5結束語

單基站CORS系統在結構和功能上是簡化的CORS系統，具備基準站數據處理、接收機管理和多用戶管理等多種功能。通過對昆明冶專單基站CORS系統的選址、組成、設置、測試和應用進行全面系統的介紹，可得出如下主要結論:1)昆明冶專單基站CORS系統的建設精度完全滿足外符合定位精度的設計指標要求(水平≤5cm、垂直≤10cm)，達到了預期的設計精度要求。2)昆明冶專單基站CORS系統在教學實踐應用中，不僅滿足了安寧大學城的高校課堂實訓和實踐教學需求，為歷屆測繪技能大賽的成功舉辦提供了有力的技術保障，從而對提升整體師資水平具有一定的促進作用。3)昆明冶專單基站CORS系統的工程實踐應用，為昆明冶專周邊的測繪單位及工程項目的順利開展提供了高效的工程應用服務，即單基站CORS系統完全可以勝任中小區域的一般測量(包括測定和測設)工作，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻

［1］吳俐民，吳學群，丁仁軍.GPS參考站系統理論與實踐．成都:西南交通大學出版社，2006

［2］黃俊華，陳文森.連續運行衛星定位綜合服務系統建設與應用．北京:科學出版社，2009．21

［3］張恒璟.南方單基站CORS在校園平面控制網中的應用．遼寧工程技術大學學報(自然科學版)，2010，29(S1):37～39

［4］王智超，張琛，尉紅波，等.單基站CORS系統的定位精度研究．全球定位系統，2012(3):9～11

［5］南方測繪儀器有限公司.工程之星3.0使用手冊(第2版)．廣州:南方測繪儀器有限公司，2015．53～55

［6］陳明華，吳遇文.單基站CORS系統在中小區域測繪中的應用探討．測繪，2011，34(3):131～133

［7］楊永平，劉迪，鄧標.網絡RTK技術在電力線路測量中的應用．云南電力技術，2012，40(3):57～58

［8］DL/T5122－2000500kV架空送電線路勘測技術規程

作者：楊永平 單位：昆明冶金高等專科學校測繪學院