RTK GSM模式和CORS結合在污水管線測量應用

向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學 現代工程測量技術及應用研究所，四川 成都 610059)

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RTK GSM模式和CORS結合在污水管線測量應用

向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學 現代工程測量技術及應用研究所，四川 成都 610059)

摘要：通過將CORS與RTK GSM工作模式相結合，采用中海達GPS的四參數解算，將使用單站RTK的獨立坐標系轉換到CORS使用的坐標系。通過二者結合克服CORS某些地區信號較差與單站RTK覆蓋范圍有限，頻繁設站，無統一基準，且二者都需插SIM作業等問題，切換方便迅速，大大提高工作效率。

關鍵詞：CORS；RTK GSM；轉換；坐標系；覆蓋范圍

隨著全球定位技術的快速發展，許多城市紛紛利用多基站網絡RTK技術建立屬于自己的連續運行參考站技術(continuously operating reference system，CORS)。用來滿足覆蓋范圍內城市的各種測量，如城市的規劃建設、施工測量等。CORS系統相對于普通的RTK技術，克服系統分散、相互獨立、覆蓋范圍有限、臨時性基準站頻繁設置等問題。但是在使用成都CORS系統過程中，發現CORS系統在高樓林立，樹木成林的地方，CORS系統信號比較差，很難得到固定解甚至浮動解。RTK技術雖然基準站覆蓋范圍有限(一般幾千米)，但是在所覆蓋范圍內信號相對來說較強，可以迅速得到固定解。而且使用CORS系統需要插SIM卡到移動站GPS接收機，且RTK GSM作業時分別將SIM卡插到基準站和移動站GPS接收機上。故可以將RTK GSM模式和CORS有效結合，迅速在CORS和RTK之間切換，結合二者優點，提高工作效率。

1CORS系統原理和優缺點

1.1CORS系統原理

連續運行參考站系統為一個或若干個固定的、連續運行的GPS參考站，通過專線網絡將接收到的衛星信息傳入控制中心(控制中心是系統的核心，是通訊控制和數據處理中心)，然后控制中心通過無線通訊網絡實時將GPS觀測值、改正值、狀態信息提供給不同的用戶，方便用戶的使用[1]。連續運行參考站系統一般包括GPS參考站、地面數據處理控制中心、通訊網絡、用戶4個部分。

1.2CORS系統優缺點

連續運行參考站系統一般由城市建設，用來滿足覆蓋范圍的城市建設、勘測規劃等方面的需要。CORS系統具有一定覆蓋范圍，并且控制中心去除了周跳和系統誤差等，具有較高的精度。相對于普通的單站RTK測量具有很多優點：

1)覆蓋范圍廣。一般的CORS系統由許多基準站同時連續實時監測，覆蓋范圍很廣，站與站之間可以達到50～100 km,整個系統覆蓋范圍更廣，相對于單站RTK的5～10 km的覆蓋范圍，工作區域有很大改善[2]。

2)使用方便。一般由控制中心將處理過的信息傳送給用戶，用戶通過一臺流動GPS接收機使用賬戶和密碼登陸即可使用，解決單站RTK頻繁設置基準站的問題，節省人力物力。

3)定位精度較高。CORS系統的數據處理中心將基準站接收的衛星信息很好的處理，去除周跳和系統誤差，可以為用戶提供厘米級誤差的定位精度。

4)具有統一的基準。在CORS系統的覆蓋范圍內，獲得的定位坐標具有統一的精度，解決RTK各自獨立坐標系每次需要與控制點聯測的問題。

CORS系統的優點給本次成都龍泉驛區大范圍的污水調查與測量帶來很大的方便，但是在使用過程中，在高樓林立、樹木成林的地方信號較差，GPS接收機較難獲得固定解，不能很好完成測量任務。

2RTK定位原理和GSM工作模式

2.1單站RTK工作原理

RTK技術又稱實時動態定位技術，由于其能快速定位，實時獲得所需點的坐標，越來越廣泛的應用于各種測量。RTK一般包括3個部分：基準站，流動站，數據鏈?；鶞收綠PS接收衛星信號，然后通過電臺將基準站點的坐標信息以及接收的衛星信息發送至移動站。移動站除接收衛星信號還接受基準站傳送的信息，通過差分技術計算載波相位整周模糊度，從而計算流動站相對于基準站的相對坐標，進而得到流動站的三維坐標和精度質量[3]。

RTK技術能在很短時間獲得點位的厘米級的定位精度，且初始化時間短，可廣泛應用于各種城市工程測量。但是由于電臺功率和數據鏈的傳輸質量問題，RTK一般都有一定的覆蓋范圍，在所覆蓋的范圍內定位精度高且快。

2.2RTK GSM工作模式的介紹

本次成都龍泉驛區污水管線測量采用的GPS接收機為中海達V30，中海達V30 GPS是中海達開發的一種新型的GNSS RTK數據接收機，支持GPS，GLONASS和伽利略全球衛星導航系統的一個或多個導航定位。中海達V30 RTK定位精度達到：平面±(10+1×10-6D)mm，高程±(20+10-6D)mm,并提供3種RTK工作模式：手機卡模式(GSM)，內置電臺(UHF),外掛數據鏈。

中海達V30 GPS的RTK GSM工作模式是中海達新開發的一個工作模式，相對于現在應用比較廣泛的外掛電臺模式，不需要電臺和電頻，以及發射天線，可以將基準站的信號發送給流動站。如圖1、圖2所示。

圖1　GSM模式基準站

圖2　外掛電臺模式基準站

GSM工作模式可以和本次測量使用的CORS系統很好的結合，方便在二者間切換。使用GSM工作模式時，雙按V30接收機上的F1，選擇基準站，按電源鍵確定，再雙按F2，數據鏈選擇GSM，確定后GPS語音提示“GSM 基準站”，基準站設置完畢；同理設置移動站，使其語音提示“GSM 移動站”，移動站設置完畢。設置好GPS的工作模式后，在基準站和移動站的GPS接收機SIM卡槽分別插上一張手機卡，然后通過手簿分別連接基準站GPS、流動站GPS進行設置，如圖3所示。

圖3　RTK GSM基準站移動站設置

設置好后，即可用RTK GSM工作模式進行外業數據采集。

3CORS的使用及與RTK GSM模式切換

3.1中海達V30 CORS的使用

中海達V30 不僅支持RTK的3種工作模式，還支持CORS系統的使用。中海達V30使用CORS系統時，首先要對所用的GPS接收機進行模式設置：雙按接收機上的F1鍵選擇工作模式移動臺，按電源鍵確定，然后雙按F2鍵選擇數據鏈為GSM，按電源鍵確定，此時GPS的語音提示為“GSM 移動臺”。

設置完畢后，將一張手機卡插入GPS接收機的SIM卡槽中，然后用手簿連接GPS接收機，連接上GPS后設置流動站。新建一個項目后，輸入轉換坐標系和當地的中央子午線，然后設置數據鏈為內置網絡 GPRS，再輸入本次使用的成都CORS系統賬號，端口選擇2101，源節點選擇RTCM3.0,輸入接收機的用戶名和密碼并設置差分電文格式為RTCM3.0即可使用CORS系統進行測量。只需一臺流動GPS接收機即可完成測量任務。

3.2CORS與RTK GSM模式的切換

本次調查測量大部分范圍比較開闊，CORS系統信號較好，能得到固定解和浮動解，能完成測量任務。但是當遇到高樓林立，樹木成林，以及CORS覆蓋范圍較弱的地方信號明顯較弱，不如單站RTK在其有效覆蓋范圍內的信號強度，大大降低工作效率，甚至不能完成測量任務。此時需要架設一個基準站使用RTK GSM工作模式，由于RTK采用獨立坐標系，需要求解與CORS系統坐標的轉換參數，將獨立坐標系轉換到CORS系統的坐標系方可使用。

當使用CORS的流動站GPS需要切換到RTK GSM工作模式時，首先，使用CORS的流動站在信號比較好的地方采集3個點(k1,k2,k3)的坐標，并對3個點進行簡單的點標記以方便RTK GSM求解轉換參數。然后，在采集點附近的地勢比較高的地方架設基準站(模式為GSM 基準站，流動站不變)，只需手簿設置基準站即可，設置后用RTK測得3個點中2個點的坐標，用這2個點對求解轉換參數，具體流程如圖4所示。

圖4　求解轉換參數流程

通過上述過程即可實現二者坐標系的轉換，此時手簿界面會出現參數求解的結果，如圖5所示。

此時2個坐標轉換完畢，2個坐標系基本符合，誤差在限差之內。然后用求解轉換后參數的RTK來測量第3個點k3的坐標，通過k3點對轉換參數結果進行檢校。

4應用實例

4.1測區概況

本次測量受成都市龍泉驛區水務局的委托，對成都市龍泉驛區進行污水管線及河道的帶狀地形圖的測量。龍泉驛區是四川省成都市所轄的九區之一，位于成都中心城區東部偏南、龍泉山脈中段。龍泉驛區轄4個街道、7個鎮、1個鄉：龍泉街道、大面街道、十陵街道、同安街道、洛帶鎮、西河鎮、洪安鎮、柏合鎮、茶店鎮、黃土鎮、山泉鎮、萬興鄉。成都大部分工業均聚于此，故污染比較嚴重，調查中大部分污水河道、管線比較開闊，CORS使用較順利。但是在同安鎮由于調查區域不利于CORS系統的使用，故運用CORS與RTK GSM結合完成測量任務。

4.2CORS與RTK GSM結合測量

同安鎮位于成都龍泉驛區東部，背靠龍泉山脈，鎮區距離龍泉驛區7 km,離成都市區20 km,多所大學聚集于此。本次污水調查測量，同安鎮的排污口達到15個，其中11個比較密集且均處于較高樓層之中，故調查測量難度較大，CORS信號較差不能滿足測量精度要求。又由于此時的排污口較密集，單站RTK即可覆蓋，故在11個排污口密集處較高的地方架設基準站并設置為“GSM 基準站”。先使用CORS的流動站測得3個點坐標，然后用RTK對其中2個點坐標進行測量，后利用2個點對求解轉換參數，將RTK獨立坐標系轉換到CORS的坐標系統，再用第3個點對轉換結果檢校。此時即可以用RTK GSM代替CORS系統作業，且二者有著相同的基準。單站RTK在其覆蓋范圍內，能夠很快定位得到固定解，順利解決CORS系統信號較差遲遲不能得到固定解的問題，保證測量任務的順利完成。

4.3測量結果

通過實踐能夠將RTK坐標系轉換到CORS系統的坐標系，所測得點坐標在同一基準內，能夠滿足城市測量規范的要求，如圖6所示。

將所測該區域點的坐標展到CASS7.1中，可以清楚看到用2種方式所測2個檢校點坐標，并用檢驗點對坐標系統轉換進行精度檢驗，RTK與CORS所測的檢驗點坐標只差在1 cm之內，測量結果符合測量規范要求。圖7為2種方式共同完成的同安鎮部分管線測量的成果圖。

5結束語

隨著建立CORS系統的地區越來越多，CORS系統的應用越來越廣泛，CORS系統由于其不需架設基準站、覆蓋范圍廣、定位精度較高、有統一的基準等優點，迅速地被應用于建立CORS系統的地區的城市建設、工程測量等。本次的測量，CORS系統的使用帶來了很大的方便，但是由于在某些地區CORS系統因為信號問題不能完成測量任務。單站RTK雖然有頻繁設站，覆蓋范圍小等缺點，但覆蓋范圍內信號強，定位速度快。故在CORS系統信號較差的地方使用RTK GSM模式，由于都需要插SIM卡作業，二者能快速切換，通過CORS系統測量的點求得轉換參數后，RTK GSM能代替CORS系統進行作業。二者都是近些年使用很普遍的測量手段，將二者結合能夠很好的將二者的優點互補，大大提高工作效率。通過本次實踐，將CORS系統與RTK GSM模式結合測量，能收到很好的效果，希望二者結合使用能更多地應用于其他測量。

圖7　管線測量部分成果圖

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[責任編輯：張德福]

Application of RTK GSM model combined with CORS to the sewage pipeline measurement XIANG Yunfei，YU Daijun，HE Zujian

(Modern Engineering Measurement Technology and Application Research Institute，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China)

Abstract：In view of the weakness of the traditional modeling method, like low efficiency of modeling, model rich texture is not true and so on, this paper expounds a new modeling technology which obtain the ground point and high precision three-dimensional coordinates of the ground point by the an airborne Lidar technology, with tilted photography measurement offer 3d modeling texture .Experiments show that the modeling method is not only high efficiency, real urban space layout, and high positioning accuracy, have measurable analysis function, etc., at the same time provide the DOM, DEM, the point cloud data, the tilted image data and so on.

Key words：CORS；RTK GSM；packed in；coordinate system；coverage

中圖分類號：P228

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)06-0051-05

作者簡介：向云飛(1990-)，男，碩士研究生.

收稿日期：2015-05-29；修回日期：2015-09-25