RTK GSM模式和CORS結(jié)合在污水管線測量應(yīng)用

向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學(xué) 現(xiàn)代工程測量技術(shù)及應(yīng)用研究所，四川 成都 610059)

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RTK GSM模式和CORS結(jié)合在污水管線測量應(yīng)用

向云飛，余代俊，何祖建

(成都理工大學(xué) 現(xiàn)代工程測量技術(shù)及應(yīng)用研究所，四川 成都 610059)

摘要：通過將CORS與RTK GSM工作模式相結(jié)合，采用中海達(dá)GPS的四參數(shù)解算，將使用單站RTK的獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS使用的坐標(biāo)系。通過二者結(jié)合克服CORS某些地區(qū)信號較差與單站RTK覆蓋范圍有限，頻繁設(shè)站，無統(tǒng)一基準(zhǔn)，且二者都需插SIM作業(yè)等問題，切換方便迅速，大大提高工作效率。

關(guān)鍵詞：CORS；RTK GSM；轉(zhuǎn)換；坐標(biāo)系；覆蓋范圍

隨著全球定位技術(shù)的快速發(fā)展，許多城市紛紛利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立屬于自己的連續(xù)運(yùn)行參考站技術(shù)(continuously operating reference system，CORS)。用來滿足覆蓋范圍內(nèi)城市的各種測量，如城市的規(guī)劃建設(shè)、施工測量等。CORS系統(tǒng)相對于普通的RTK技術(shù)，克服系統(tǒng)分散、相互獨(dú)立、覆蓋范圍有限、臨時性基準(zhǔn)站頻繁設(shè)置等問題。但是在使用成都CORS系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)CORS系統(tǒng)在高樓林立，樹木成林的地方，CORS系統(tǒng)信號比較差，很難得到固定解甚至浮動解。RTK技術(shù)雖然基準(zhǔn)站覆蓋范圍有限(一般幾千米)，但是在所覆蓋范圍內(nèi)信號相對來說較強(qiáng)，可以迅速得到固定解。而且使用CORS系統(tǒng)需要插SIM卡到移動站GPS接收機(jī)，且RTK GSM作業(yè)時分別將SIM卡插到基準(zhǔn)站和移動站GPS接收機(jī)上。故可以將RTK GSM模式和CORS有效結(jié)合，迅速在CORS和RTK之間切換，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，提高工作效率。

1CORS系統(tǒng)原理和優(yōu)缺點(diǎn)

1.1CORS系統(tǒng)原理

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)為一個或若干個固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，通過專線網(wǎng)絡(luò)將接收到的衛(wèi)星信息傳入控制中心(控制中心是系統(tǒng)的核心，是通訊控制和數(shù)據(jù)處理中心)，然后控制中心通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時將GPS觀測值、改正值、狀態(tài)信息提供給不同的用戶，方便用戶的使用[1]。連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)一般包括GPS參考站、地面數(shù)據(jù)處理控制中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、用戶4個部分。

1.2CORS系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)一般由城市建設(shè)，用來滿足覆蓋范圍的城市建設(shè)、勘測規(guī)劃等方面的需要。CORS系統(tǒng)具有一定覆蓋范圍，并且控制中心去除了周跳和系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)：

1)覆蓋范圍廣。一般的CORS系統(tǒng)由許多基準(zhǔn)站同時連續(xù)實(shí)時監(jiān)測，覆蓋范圍很廣，站與站之間可以達(dá)到50～100 km,整個系統(tǒng)覆蓋范圍更廣，相對于單站RTK的5～10 km的覆蓋范圍，工作區(qū)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(jī)使用賬戶和密碼登陸即可使用，解決單站RTK頻繁設(shè)置基準(zhǔn)站的問題，節(jié)省人力物力。

3)定位精度較高。CORS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心將基準(zhǔn)站接收的衛(wèi)星信息很好的處理，去除周跳和系統(tǒng)誤差，可以為用戶提供厘米級誤差的定位精度。

4)具有統(tǒng)一的基準(zhǔn)。在CORS系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)，獲得的定位坐標(biāo)具有統(tǒng)一的精度，解決RTK各自獨(dú)立坐標(biāo)系每次需要與控制點(diǎn)聯(lián)測的問題。

CORS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)給本次成都龍泉驛區(qū)大范圍的污水調(diào)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(jī)較難獲得固定解，不能很好完成測量任務(wù)。

2RTK定位原理和GSM工作模式

2.1單站RTK工作原理

RTK技術(shù)又稱實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，由于其能快速定位，實(shí)時獲得所需點(diǎn)的坐標(biāo)，越來越廣泛的應(yīng)用于各種測量。RTK一般包括3個部分：基準(zhǔn)站，流動站，數(shù)據(jù)鏈?；鶞?zhǔn)站GPS接收衛(wèi)星信號，然后通過電臺將基準(zhǔn)站點(diǎn)的坐標(biāo)信息以及接收的衛(wèi)星信息發(fā)送至移動站。移動站除接收衛(wèi)星信號還接受基準(zhǔn)站傳送的信息，通過差分技術(shù)計(jì)算載波相位整周模糊度，從而計(jì)算流動站相對于基準(zhǔn)站的相對坐標(biāo)，進(jìn)而得到流動站的三維坐標(biāo)和精度質(zhì)量[3]。

RTK技術(shù)能在很短時間獲得點(diǎn)位的厘米級的定位精度，且初始化時間短，可廣泛應(yīng)用于各種城市工程測量。但是由于電臺功率和數(shù)據(jù)鏈的傳輸質(zhì)量問題，RTK一般都有一定的覆蓋范圍，在所覆蓋的范圍內(nèi)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(qū)污水管線測量采用的GPS接收機(jī)為中海達(dá)V30，中海達(dá)V30 GPS是中海達(dá)開發(fā)的一種新型的GNSS RTK數(shù)據(jù)接收機(jī)，支持GPS，GLONASS和伽利略全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一個或多個導(dǎo)航定位。中海達(dá)V30 RTK定位精度達(dá)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(jī)卡模式(GSM)，內(nèi)置電臺(UHF),外掛數(shù)據(jù)鏈。

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

圖1　GSM模式基準(zhǔn)站

圖2　外掛電臺模式基準(zhǔn)站

GSM工作模式可以和本次測量使用的CORS系統(tǒng)很好的結(jié)合，方便在二者間切換。使用GSM工作模式時，雙按V30接收機(jī)上的F1，選擇基準(zhǔn)站，按電源鍵確定，再雙按F2，數(shù)據(jù)鏈選擇GSM，確定后GPS語音提示“GSM 基準(zhǔn)站”，基準(zhǔn)站設(shè)置完畢；同理設(shè)置移動站，使其語音提示“GSM 移動站”，移動站設(shè)置完畢。設(shè)置好GPS的工作模式后，在基準(zhǔn)站和移動站的GPS接收機(jī)SIM卡槽分別插上一張手機(jī)卡，然后通過手簿分別連接基準(zhǔn)站GPS、流動站GPS進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。

圖3　RTK GSM基準(zhǔn)站移動站設(shè)置

設(shè)置好后，即可用RTK GSM工作模式進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。

3CORS的使用及與RTK GSM模式切換

3.1中海達(dá)V30 CORS的使用

中海達(dá)V30 不僅支持RTK的3種工作模式，還支持CORS系統(tǒng)的使用。中海達(dá)V30使用CORS系統(tǒng)時，首先要對所用的GPS接收機(jī)進(jìn)行模式設(shè)置：雙按接收機(jī)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(shù)據(jù)鏈為GSM，按電源鍵確定，此時GPS的語音提示為“GSM 移動臺”。

設(shè)置完畢后，將一張手機(jī)卡插入GPS接收機(jī)的SIM卡槽中，然后用手簿連接GPS接收機(jī)，連接上GPS后設(shè)置流動站。新建一個項(xiàng)目后，輸入轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系和當(dāng)?shù)氐闹醒胱游缇€，然后設(shè)置數(shù)據(jù)鏈為內(nèi)置網(wǎng)絡(luò) GPRS，再輸入本次使用的成都CORS系統(tǒng)賬號，端口選擇2101，源節(jié)點(diǎn)選擇RTCM3.0,輸入接收機(jī)的用戶名和密碼并設(shè)置差分電文格式為RTCM3.0即可使用CORS系統(tǒng)進(jìn)行測量。只需一臺流動GPS接收機(jī)即可完成測量任務(wù)。

3.2CORS與RTK GSM模式的切換

本次調(diào)查測量大部分范圍比較開闊，CORS系統(tǒng)信號較好，能得到固定解和浮動解，能完成測量任務(wù)。但是當(dāng)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(nèi)的信號強(qiáng)度，大大降低工作效率，甚至不能完成測量任務(wù)。此時需要架設(shè)一個基準(zhǔn)站使用RTK GSM工作模式，由于RTK采用獨(dú)立坐標(biāo)系，需要求解與CORS系統(tǒng)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS系統(tǒng)的坐標(biāo)系方可使用。

當(dāng)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(diǎn)(k1,k2,k3)的坐標(biāo)，并對3個點(diǎn)進(jìn)行簡單的點(diǎn)標(biāo)記以方便RTK GSM求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后，在采集點(diǎn)附近的地勢比較高的地方架設(shè)基準(zhǔn)站(模式為GSM 基準(zhǔn)站，流動站不變)，只需手簿設(shè)置基準(zhǔn)站即可，設(shè)置后用RTK測得3個點(diǎn)中2個點(diǎn)的坐標(biāo)，用這2個點(diǎn)對求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，具體流程如圖4所示。

圖4　求解轉(zhuǎn)換參數(shù)流程

通過上述過程即可實(shí)現(xiàn)二者坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，此時手簿界面會出現(xiàn)參數(shù)求解的結(jié)果，如圖5所示。

此時2個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完畢，2個坐標(biāo)系基本符合，誤差在限差之內(nèi)。然后用求解轉(zhuǎn)換后參數(shù)的RTK來測量第3個點(diǎn)k3的坐標(biāo)，通過k3點(diǎn)對轉(zhuǎn)換參數(shù)結(jié)果進(jìn)行檢校。

4應(yīng)用實(shí)例

4.1測區(qū)概況

本次測量受成都市龍泉驛區(qū)水務(wù)局的委托，對成都市龍泉驛區(qū)進(jìn)行污水管線及河道的帶狀地形圖的測量。龍泉驛區(qū)是四川省成都市所轄的九區(qū)之一，位于成都中心城區(qū)東部偏南、龍泉山脈中段。龍泉驛區(qū)轄4個街道、7個鎮(zhèn)、1個鄉(xiāng)：龍泉街道、大面街道、十陵街道、同安街道、洛帶鎮(zhèn)、西河鎮(zhèn)、洪安鎮(zhèn)、柏合鎮(zhèn)、茶店鎮(zhèn)、黃土鎮(zhèn)、山泉鎮(zhèn)、萬興鄉(xiāng)。成都大部分工業(yè)均聚于此，故污染比較嚴(yán)重，調(diào)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(zhèn)由于調(diào)查區(qū)域不利于CORS系統(tǒng)的使用，故運(yùn)用CORS與RTK GSM結(jié)合完成測量任務(wù)。

4.2CORS與RTK GSM結(jié)合測量

同安鎮(zhèn)位于成都龍泉驛區(qū)東部，背靠龍泉山脈，鎮(zhèn)區(qū)距離龍泉驛區(qū)7 km,離成都市區(qū)20 km,多所大學(xué)聚集于此。本次污水調(diào)查測量，同安鎮(zhèn)的排污口達(dá)到15個，其中11個比較密集且均處于較高樓層之中，故調(diào)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(shè)基準(zhǔn)站并設(shè)置為“GSM 基準(zhǔn)站”。先使用CORS的流動站測得3個點(diǎn)坐標(biāo)，然后用RTK對其中2個點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測量，后利用2個點(diǎn)對求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，將RTK獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS的坐標(biāo)系統(tǒng)，再用第3個點(diǎn)對轉(zhuǎn)換結(jié)果檢校。此時即可以用RTK GSM代替CORS系統(tǒng)作業(yè)，且二者有著相同的基準(zhǔn)。單站RTK在其覆蓋范圍內(nèi)，能夠很快定位得到固定解，順利解決CORS系統(tǒng)信號較差遲遲不能得到固定解的問題，保證測量任務(wù)的順利完成。

4.3測量結(jié)果

通過實(shí)踐能夠?qū)TK坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到CORS系統(tǒng)的坐標(biāo)系，所測得點(diǎn)坐標(biāo)在同一基準(zhǔn)內(nèi)，能夠滿足城市測量規(guī)范的要求，如圖6所示。

將所測該區(qū)域點(diǎn)的坐標(biāo)展到CASS7.1中，可以清楚看到用2種方式所測2個檢校點(diǎn)坐標(biāo)，并用檢驗(yàn)點(diǎn)對坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行精度檢驗(yàn)，RTK與CORS所測的檢驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)只差在1 cm之內(nèi)，測量結(jié)果符合測量規(guī)范要求。圖7為2種方式共同完成的同安鎮(zhèn)部分管線測量的成果圖。

5結(jié)束語

隨著建立CORS系統(tǒng)的地區(qū)越來越多，CORS系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，CORS系統(tǒng)由于其不需架設(shè)基準(zhǔn)站、覆蓋范圍廣、定位精度較高、有統(tǒng)一的基準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，迅速地被應(yīng)用于建立CORS系統(tǒng)的地區(qū)的城市建設(shè)、工程測量等。本次的測量，CORS系統(tǒng)的使用帶來了很大的方便，但是由于在某些地區(qū)CORS系統(tǒng)因?yàn)樾盘枂栴}不能完成測量任務(wù)。單站RTK雖然有頻繁設(shè)站，覆蓋范圍小等缺點(diǎn)，但覆蓋范圍內(nèi)信號強(qiáng)，定位速度快。故在CORS系統(tǒng)信號較差的地方使用RTK GSM模式，由于都需要插SIM卡作業(yè)，二者能快速切換，通過CORS系統(tǒng)測量的點(diǎn)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)后，RTK GSM能代替CORS系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)。二者都是近些年使用很普遍的測量手段，將二者結(jié)合能夠很好的將二者的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，大大提高工作效率。通過本次實(shí)踐，將CORS系統(tǒng)與RTK GSM模式結(jié)合測量，能收到很好的效果，希望二者結(jié)合使用能更多地應(yīng)用于其他測量。

圖7　管線測量部分成果圖

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[責(zé)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(xiàn)標(biāo)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