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单基站CORS系统的建设与实施

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摘要:为了适应市场人才需求,昆明冶专建立了单基站CORS系统。该文从单基站CORS系统的选址、组成、设置、测试和应用进行了全面阐述。实践表明:昆明冶专单基站CORS系统定位精度完全满足设计要求,对安宁大学城及其周边区域的教学、工程和科研起到了积极的促进作用。

关键词:全球导航卫星系统;连续运行参考站系统;单基站;aCORS系统;实践应用;

1引言

近年来GNSS技术发展迅猛,特别是CORS技术[1,2]在工程应用中的范围越来越广泛。为了适应市场人才需求,昆明冶金高等专科学校(简称昆明冶专)除传统RTK外,还开设了CORSRTK,并积极筹建了CORS系统。但是由于多基站CORS系统具有建设成本高、周期长、技术难度大等特点,故选择了单基站CORS系统的建设,于2011年1月建成运行。随着我国BDS技术的飞速发展,积极响应我国BDS的产业化发展道路,在2016年4月重新对昆明冶专单基站CORS系统进行了升级改造,由原来的双星系统(GPS和GLONASS)升级为三星系统(GPS、GLONASS和BDS)。本文就昆明冶专单基站CORS系统的建设和具体应用作一探讨。

2单基站CORS系统原理

单基站CORS系统,类似于一加一或一加多的RTK。基准站由一个连续运行的参考站代替。参考站上有系统控制软件实时监控卫星的状态,存储和发送相关数据,同时参考站的服务器通过GPRS/CDMA网络提供流动站的差分服务和用户管理[3]。它将尖端科技领域的卫星定位技术、地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机地结合在一起,为用户提供了全新、透明、可视、实时的定位服务。单基站CORS系统,主要由GNSS基站、网络服务器、电源系统、用户系统等主要单元组成。GNSS单基站的结构,如图1所示。单基站数据建立在高速光纤网络上,基准站服务器通过SDH数字光纤电路连接Internet,提供GPRS/CDMA实时定位服务及静态数据下载服务。移动站可以通过GPRS/2018年第5期勘察科学技术CDMA网络访问Internet和基准站服务器实时通信。它的覆盖范围一般可达30km[4]。 

3昆明冶专单基站CORS系统的建设

3.1昆明冶专单基站CORS系统的选址

昆明冶专单基站CORS系统选址在昆明冶专测绘学院6楼楼顶。该房屋为框架结构,建筑物牢固稳定,基准站观测墩采用永久性观测墩(见图2)。为防止GNSS接收机天线被雷击,楼顶安装有防雷装置避雷针。

3.2昆明冶专单基站CORS系统的组成基准站结构

基本上是基于现代计算机网络的规范与标准的网络终端,主要包括GNSS接收机、不间断电源UPS、通讯设备、服务器等单元(见图3)。3.2.1基准站接收机基准站接收机采用NetS8三星接收机,是一款功能强大的网络CORS主机。采用Linux为内置操作系统,是真正意义上的嵌入式控制系统;采用TrimbleBD970GNSS接收主板,工业级低功耗设计,抗干扰能力强,高稳定性,满足CORS系统长时间无人值守稳定运行的要求。3.2.2基准站GNSS接收天线接收机天线采用CR3G3大地测量型扼流圈天线,是一款涵盖GPSL1/L2、GLONASSL1/L2的扼流圈测量天线。具有相位中心稳定性高、重复性好;多路径抑制效果优异;对低仰角卫星跟踪能力强;独特的防水防尘设计,适宜户外长年正常工作等特点。3.2.3UPS电源UPS电源为服务器、路由器等设备供电。供电时间大于24h,纯在线式设计,输出电压AC220V和DC12V,零中断切换,输入输出之间隔离供电,不受市电杂波、电压不稳等因素影响,带来电自启动功能。各单元间的连接与通讯是基准站设计的核心部分,其可靠性和稳定性决定了整个系统的运行性能与可靠性。昆明冶专单CORS基站服务器软硬件系统放置于测绘学院6楼云南省示范实验室,并由专人负责维护。

3.3昆明冶专单基站CORS系统软件及设置

3.3.1参考站控制软件、管理软件南方NRS网络参考站系统主要包含三大数据处理模块:NRSCenter、NRSStation、NRSServer。其中NRSCenter是基站管理软件,可实现远程监控和管理基站,进行静态数据打包、存储与下载。NRSStation是数据处理中心软件,可计算卫星位置、整周模糊度,进行周跳探测及修复,估计大气延迟量,实时查看卫星状态和运行轨迹,向Internet发送差分信息以及监控移动站作业情况。NRSServer是用户管理软件,可计算用户位置误差改正数,实现用户数据通讯。3.3.2南方工程之星应用软件设置[5]在应用昆明冶专单基站CORS系统前,需对GNSS移动站进行相应设置。现以南方银河1接收机和工程之星3.0为例介绍设置过程。1)连接手簿和GNSS主机。打开工程之星3.0,在主界面右键点击“配置”图标,选择“蓝牙管理器”选项。点击扫描,待扫描完成后选中要进行蓝牙连接的GNSS主机序列号,点击“连接”即可。此时软件主界面左下角显示“Blue”字样。2)选择网络连接模式。选择“配置”图标弹出的“仪器设置”选项,继而选择“主机模式设置”/“网络”选项,确定。3)进行网络参数设置。选择“配置”图标弹出的“网络设置”选项,点击“增加”按钮,进行相应参数设置。名称:Network,方式:NTRIP-VRS,连接:GPRS/CDMA,APN:cmnet,地址:218.194.208.161,端口:6060,用户:DS2017,密码:******。点击“获取接入点”按钮,待“获取源列表成功!”后,确定。选择所需接入点,确定。返回到“网络设置”界面,点击“连接”按钮。4)在网络连接界面,①如无SIM卡,则SIM卡检查失败;②如SIM卡欠费,则无法注册网络;③如服务器未开或卡死,则无法登陆服务器。直到6个选项全部变绿打钩,成功上发GPGGA数据,方可确定。此时,建立数据链,初始界面的“单点解”变为“差分解/浮点解/固定解”。

3.4昆明冶专单基站CORS系统精度测试

为检测单基站CORS系统转换参数的正确性及其测量精度,在以昆明冶专为中心的安宁大学城,利用昆明冶专单基站CORSRTK技术对原有26个E级GNSS点进行了动态测量,并与原E级静态测量结果进行比较,用以检验昆明冶专单基站CORS系统的测量精度和使用情况,为后续系统的充分利用做好准备。为评价单基站CORS系统的精度,引入了外符合RMS作为其精度评定准则[6]。外符合RMS由实际求解的GNSS点坐标与己知的GNSS点坐标求差并通过公式RMS=±(ΔTΔ)/槡n计算得到,其中,Δ为GNSS点坐标较差序列,n为GNSS点总数。经统计分析,平面精度检测结果最大点位误差为±4.6cm,最小点位误差为±0.2cm,点位RMS为±3.7cm;高程精度检测结果最大高程较差为±7.8cm,最小高程较差为±0.6cm,高程RMS为±4.2cm。由此可知,在整个测区范围内,利用单基站CORS系统测量的平面点位精度满足小于±5cm的方案设计要求,高程精度也满足1∶500数字测图的图根点要求。

4实践应用及精度分析

自从2011年昆明冶专组建单基站CORS系统以来,特别是2016年升级改造后,较好地满足了以昆明冶专为中心的周边地区的高校教学和工程实践应用。

4.1教学实践应用

现在不仅昆明冶专开设测绘专业,而且安宁大学城的云南经济管理学院、云南工程职业学院、昆明工业职业技术学院、云南技师学院等均开设有测绘及相关专业。他们不仅可以利用昆明冶专单基站CORS系统在课堂上进行GNSS实训,满足课堂教学实践需求,而且在“数字测图实习”、“控制测量实习”、“施工放样实习”等实践教学中,都充分发挥了昆明冶专单基站CORS系统的作用,不仅提升了教学质量,还提升了整体师资水平。新时代测绘技能大赛已成为构建现代职业教育体系的重要组成部分。在昆明冶专举办的历届测绘技能大赛中,包括2014年云南省高等职业院校测绘技能大赛、2015年全国测绘地理信息行业职业技能竞赛“南方测绘杯”云南赛区选拔赛、2017年云南省高等学校学生测绘技能大赛、2017年全国职业院校技能大赛高职组测绘竞赛,均包含有1∶500数字测图赛项,要求采用RTK作业。据全国职业院校技能大赛高职组“测绘”赛项规程,要求比对参赛队地形图和标准地形图进行评分,其中点位误差小于15cm,检查10处;边长误差小于15cm,检查5处;高程误差小于1/3等高距,检查5处。在对所有参赛队的评分比对过程中,只要保证RTK是固定解的情形下,利用昆明冶专单基站CORS系统所测地形图与标准地形图的点位和边长精度均小于5cm,高程精度均小于10cm,很好地满足了测绘技能大赛的赛项规程要求,对历届测绘技能大赛的顺利举办提供了很好的技术保障。

4.2工程实践应用

除满足安宁大学城所有高校的教学实践(包括测绘技能大赛)需求,还为校外周边设计施测单位(比如云南省西南地质勘查局312队、安宁市设计院、星网测绘技术有限公司)及测绘工程项目提供了优质的工程应用服务。下面以500kV草铺变改扩建进出线工程为例进行介绍。4.2.1工程概述在云南省电力设计院负责的500kV草铺变改扩建进出线工程中,共分4回,分别为A回、B回、C回和D回,全长约31km。500kV草铺变电站距昆明冶专约12.4km,所经线路路径位于安宁市区域境内,昆明冶专CORS网络信号完全覆盖。因此可采用昆明冶专单基站CORS系统进行本次输电线路终勘。4.2.2精度分析在500kV草铺变改扩建进出线工程中,为了验证单基站CORSRTK是否能满足输电线路测量的精度要求,在工程实地选择通视相对良好地段,利用高精度徕卡全站仪TCR1201+对部分直线桩进行了实地检测[7],直线精度均在1'以内(见表1)。由表1实测结果表明,采用昆明冶专单基站CORSRTK进行线路终勘定位完全满足输电线路勘测技术规程[8]。

4.3其它应用

利用南方NRS网络参考站系统的三大数据处理模块(NRSCenter、NRSStation、NRSServer)的强大功能,可为从事科学研究的工作人员提供有价值的GNSS原始观测数据,从而为科研项目的顺利开展提供数据保障。

5结束语

单基站CORS系统在结构和功能上是简化的CORS系统,具备基准站数据处理、接收机管理和多用户管理等多种功能。通过对昆明冶专单基站CORS系统的选址、组成、设置、测试和应用进行全面系统的介绍,可得出如下主要结论:1)昆明冶专单基站CORS系统的建设精度完全满足外符合定位精度的设计指标要求(水平≤5cm、垂直≤10cm),达到了预期的设计精度要求。2)昆明冶专单基站CORS系统在教学实践应用中,不仅满足了安宁大学城的高校课堂实训和实践教学需求,为历届测绘技能大赛的成功举办提供了有力的技术保障,从而对提升整体师资水平具有一定的促进作用。3)昆明冶专单基站CORS系统的工程实践应用,为昆明冶专周边的测绘单位及工程项目的顺利开展提供了高效的工程应用服务,即单基站CORS系统完全可以胜任中小区域的一般测量(包括测定和测设)工作,具有良好的推广应用前景。

参考文献

[1]吴俐民,吴学群,丁仁军.GPS参考站系统理论与实践.成都:西南交通大学出版社,2006

[2]黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用.北京:科学出版社,2009.21

[3]张恒璟.南方单基站CORS在校园平面控制网中的应用.辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2010,29(S1):37~39

[4]王智超,张琛,尉红波,等.单基站CORS系统的定位精度研究.全球定位系统,2012(3):9~11

[5]南方测绘仪器有限公司.工程之星3.0使用手册(第2版).广州:南方测绘仪器有限公司,2015.53~55

[6]陈明华,吴遇文.单基站CORS系统在中小区域测绘中的应用探讨.测绘,2011,34(3):131~133

[7]杨永平,刘迪,邓标.网络RTK技术在电力线路测量中的应用.云南电力技术,2012,40(3):57~58

[8]DL/T5122-2000500kV架空送电线路勘测技术规程

作者:杨永平 单位:昆明冶金高等专科学校测绘学院

勘察科学技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次