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CORS系统案例
遂宁市连续运行GPS参考站系统报告
施工单位:
遂宁市勘测测绘院
合作单位:
广州市中海达测绘仪器有限公司
第一章城市连续运行GPS参考站系统概要
第二章系统设计
第三章建设实施
第四章坐标系统的确定
第五章系统测试及精度报告
第六章应用
第一章城市连续运行GPS参考站系统概要
从2004年起，各个大中城市纷纷建立连续运行参考站（CORS）系统，取得良好的经济效益和社会影响，建立连续运行的基准站系统替换原有的临时架设方式，使用GPRS传输数据代替原有传统的电台传输数据，已经为大家所认可，而中海达从2005年起运行的中海达服务器运行效果很好，很多中小城市都有和我们公司合作建立自己独立的CORS的要求，在这个基础上，我们在今年隆重推出HD-CORS解决方案。
技术准备
做测量特别是RTK测量的人都知道，影响RTK作业距离和效果的两大关键因素是接收机和数据链，在2006年以前，经常有用户反映RTK只能做到15KM里内，这里有两个关键因素，一方面是由于电台的效果不够好，距离远了则信号质量就会差许多，当然，用户可以使用大功率的电台和架设更高的电台天线来部分的提高数据链的质量，但大功率电台往往价格很高，而架设电台天线也受环境限制，特别是在城市则干扰源很多，所以数据链是一个问题。
另外一方面就是接收机的核心部件OEM板的RTK算法。
当超过15KM后，由于算法的局限，即使有很好的数据链也很难达到固定解。
但是，上述两个问题在2007年得到了解决，首先，在数据链这一块，使用GSM模块采用GPRS/CDMA传输数据，公司架设服务器的这套方案经过近2年的使用，已经非常成熟稳定，完全可以取代电台传输数据，另外一方面，最新的OEM主板经过新算法的改进，在RTK作用距离方面有了很大的提高，经过测试，在25KM可以很轻松的得到固定解，而且固定时间短，在30KM以上在较好的观测时段和条件下也可以得到固定解，固定时间要稍长。
这样，影响作用距离的两大关键问题都解决了，所以我们可以大力推广HD-CORS解决方案。
下面详细讲述一下这套方案：
小区域基站服务系统原理
为了在一个区域范围内提供ＲＴＫ服务，可以通过建设一个或者多个固定基准站，基准站使用ＧＳＭ数据链，以ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ方式登陆到数据服务器上，发送标准的差分数据给数据服务器，移动站也使用ＧＳＭ数据链，通过ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ方法登陆到数据服务器上，数据服务器将基准站的差分数据转发给移动站，移动站就可以达到ＲＴＫ固定解。
（HD-CORS示意图）
GPRS/CDMA通讯：
中国移动使用GPRS方式，中国联通使用CDMA方式，可以开通数据通讯业务，只要有一张SIM卡（就是我们通常说的手机卡），到营业厅开通数据的包月服务，一般150元~200元/月左右。
就可以利用其进行数据传输，也就是代替了原来的移动站和基准站的电台。
GPRS/CDMA的传输不受距离限制，而且抗干扰能力强，即使在城市中，发送／接收的效果也很好。
GPRS/CDMA模块与数据服务器之间其实有个Internat网络在中间，基准站的通过GPRS/CDMA将数据首先发送到公网上，然后到达服务器，服务器的数据也是先传给公网，然后到达每个有GRPS/CDMA的移动站终端。
发送／接收差分数据：
在常规的ＲＴＫ测量中，基准站必须通过电台发送差分数据给移动站，我们这种网络ＲＴＫ也不例外，只不过数据首先发送的数据服务中心，然后通过数据服务中心发送给移动站，中间有个转发。
差分数据发送的波特率以及格式和原有的常规ＲＴＫ没有区别。
一般以１９２００波特率发送，格式有ＲＴＣＡ，ＲＴＣＭ，ＣＭＲ等几种。
这些数据中一般都包括了基准站的位置信息和电离层对流层的载波相位改正数据。
数据服务器：
数据服务器的目的是管理登陆上来的接收机，以及将基准站的数据有选择性的播发给移动站，首先是管理功能，因为登陆上来的接收机必须通过捆绑才能知道哪些接收机是在一起工作的。
另外关于有选择性的播发是因为，一个组中可能有多台基准站，我们的服务器一般按照距离最近以及效果最好两个原则选择将哪个的基准站数据播发个移动站。
选择距离最近就必须知道移动站和基准站的位置，基准站的位置信息在可以通过基准站差分数据得到，也可以自己输入，下面的部分对移动站位置怎么得到有详细的介绍。
在上面的ＧＲＰＳ／ＣＤＭＡ通讯部分也提到过服务器必须要能上网，因为数据都是经过了Internate网到达服务器的。
基准站的差分数据数据量较大，所以一般都会使用网络速度快而稳定的上网方式，我们推荐光纤或则ＡＤＳＬ（固定IP）的方式，因为移动站和基准站的ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ通讯模块必须在登陆之前就知道服务器的ＩＰ地址和端口，如果使用一般的ＡＤＳＬ或者电话线拨号上网则服务器的ＩＰ地址为临时IP，非固定的，移动站和基准站就无法登陆服务器了。
发送ＧＧＡ数据：
在上面部分已经论述了我们选择基准站的原则，基准站的坐标服务器是知道的，而移动站的位置则是经常变化的，为了帮助移动站选择哪个基准站的数据，必须知道移动站的坐标，每种接收机都有自己表示坐标的数据格式，而一般表示ＧＰＳ坐标的通用的数据格式就是ＧＧＡ格式，它是基于国际通用的ＮＭＥＡ－０１８３标准，所以移动站需要有ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ模块，并且通过它以一定的频率发送ＧＧＡ位置信息给服务器，同时也接收服务器发送回来的差分数据。
坐标系统和高程
在建设区域参考站系统是对平面坐标系统和高程的统一是非常重要的，本系统采用的方法如下：
1）使用当地的坐标系统，当有多个基站时，这些基站要统一在一套七参数下。
2）七参数的使用基本上解决了高程问题，高程系统使用水准高。
3）基准站的坐标设为当地的坐标，通过七参数转换为WGS84坐标发射。
4）移动站保持和基准站的坐标系统统一，使用七参数转换为当地坐标。
5）其它型号的接收机接入时，利用七参数作为转换参数输入。
第二章系统设计
根据遂宁市的城市控制范围需求,已城区为中心30KM范围内基本涵盖了遂宁的主要控制区域,包括城区,安区,蓬溪以及大英区域.根据这个控制范围要求和中海达公司的长距离RTK的作用距离,我们考虑在城市中心架设一个基准站,就可以达到要求.
基站服务系统的组成：
基准站部分：
基准站部分可以包括一台HD6000长距离RTK接收机。
ＧＰＳ接收机使用GSM数据链，通过ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ方式登陆到数据服务中心，然后将差分数据发送到数据服务中心。
用户使用时要将仪器设置为内置GPRS基准站模式，发送数据就行。
数据服务器部分：
数据服务器包括一台可以上网的电脑，电脑上运行服务器软件，该软件的功能主要包括三个方面：
管理登陆的接收机，接收基准站和移动站的数据，根据移动站的位置选择合适的基站数据转发给移动站。
移动站部分：
移动站部分主要是包括一台或者多台GPS接收机，使用GSM数据链，通过ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ方式登陆数据服务器，以ＧＧＡ格式将自己的坐标信息发送给服务器，接收服务器发送来的差分改正数据进行实时定位采集。
第三章系统建设实施
我们知道RTK移动站的固定解算与移动站与基准站的公用卫星数直接相关，所以基准站布设的地点周围越开阔越好，同时周围不能有强电磁场或者发射源，另外要注意要避开多路经的影响，不能架设在湖边或者玻璃墙的地方。
当有多个基准站时，要通过先临时架设基站，用移动站测量基准站中间地带的信号的情况，当效果较好时，方可定下基准站的选址。
根据这个原则,我们选择在城市中心的水岸绿洲小区内架设基准站,在员工楼顶建立高3米的永久性水泥墩,在水泥墩上安装强制对中器,安装地点周围没有高楼遮挡或者强烈的电磁场发射源,而且交通方便,是比较理想的建设地点。
3米的永久性水泥墩
水泥墩上安装强制对中器
基准站是固定的基站，所以除非特殊情况是不需要人来看守24小时不间断工作，这样就涉及的必须有固定电源供电，同时还需要有UPS的电源保护。
另外，因为基准站是架设在周围没有遮挡的地方，而且往往是在比较高的楼顶，所以必须注意防雨及避雷措施，同时也要防止盗窃。
本次建设中使用了1000W的UPS电源,使用15V,1A的变压器将交流电转换为直流电直接给基准站主机供电,通过插拔UPS电源插头的方法控制基准站的开关机.在接收机附近有6个左右的高于GPS接收机的避雷针,可以预防雷击.经实际测试使用,满足设计要求。
基准站架设于楼定，进出的钥匙有专人管理，有一定的防盗效果。
UPS和12V/1A稳压器提供供电
房屋周围的避雷针
2,数据服务器的建设
2,1服务器电脑及架设。
服务器电脑需要一台运行速度较快，内存较大的普通PC电脑即可。
因为电脑需要人为控制，所以一般都建设在机房内，有专人负责，需要有UPS不间断电源保护。
本次建设使用位于测绘院内部的地理信息中心里的电脑，有1000W的UPS不间断电源保护，达到设计要求。
2,2固定IP上网
服务器需要一个固定的IP地址，所以建设方需要申请一条可以上网的专线，光纤或者ADSL（固定IP）均可。
同时需要杀毒软件和电脑防火墙保护，以避免恶意的攻击造成服务器的瘫痪。
本次建设申请了ADSL2M的上网，固定IP地址设置如下，使用瑞星正版杀毒软件，经过使用，满足要求。
IP地址设置（最后三位隐去）
2,3服务器软件
在数据服务器中需要安装中海达GPS服务器软件。
该软件主要负责管理登陆的基准站和移动站，然后将其绑定起来，该软件的详细说明和介绍见《ZnetCaster软件使用说明》。
服务器软件
3,用户移动站
3,1移动站设备。
中海达公司的HD6000/V8移动站内置了GSM数据链，用户使用时只要选用内置GPRS方式，接收机就会自动登陆到服务器，服务器收到差分后就会转发给移动站。
用户需要购买SIM卡，然后开通GPRS/CDMA数据包月服务就可以了。
同时，中海达HD6000移动站支持Trimble和Leica的城市连续运行参考系统，可以随时在中海达服务器系统以及VRS系统之间进行切换，基准站也同样可以接入VRS系统。
3,2接入设置
用户在第一次使用移动站前，需要通过我公司的运行在电脑上的ZNSet软件或者手簿上的ZNSetCE软件来设置移动站需要登陆的服务器IP地址，端口，以及其他的参数。
详细说明可以参考《ZNSetCE软件操作说明》
数据服务器端：
1）一台品牌电脑，p4,1G内存80G硬盘。
2）UPS电源
3）服务器软件：
ZNCaster1.0
4）杀毒软件一套。
5）每个月的固定IP费用，这个是根据不同地方标准相关的，可以使用固定IP地址的ADSL
基准站端：
6）HD6000/V8
7）开通GPRS服务的SIM卡。
8）UPS不间断电源.
9）16V,1A交流转直流变压器
10）水泥墩台及强制对中器一个。
每增加一个基准站增加上述费用。
移动站端：
10）HD6000/V8
11）开通GPRS服务的SIM卡。
整个建设周期在2个星期内完成。
第三章坐标系统的确定
在建设区域参考站系统是对平面坐标系统和高程的统一是非常重要的，本系统采用的方法如下：
使用当地的坐标系统，当有多个基站时，这些基站要统一在一套七参数下。
七参数的使用基本上解决了高程问题，高程系统使用水准高。
基准站的坐标设为为WGS84坐标发射。
移动站保持和基准站的坐标系统统一，使用七参数转换为当地坐标。
其它型号的接收机接入时，利用七参数作为转换参数输入。
遂宁市原有的坐标系统主要是使用北京－54坐标系统，以高坡二等点为进行的加密，采用的控制网建设使用了常规测量方法和GPS静态测量方法，有部分的水准点。
GPS接收机的坐标系统为WGS84坐标系统，而遂宁的坐标系统主要是北京54坐标，为了实现转换，必须测定遂宁地区的WGS84坐标到当地坐标系统的转换参数，将测得的参数输入到RTK用手簿控制软件中，使用RTK测量实时得到当地的坐标。
为此，我们在采用7台GPS接收机同时在控制点上进行静态测量，分别在上午和下午的最好时段观测1个半小时的数据。
测点布设如下：
使用HDS2003软件解算结果如下：
1．基线简表
采用起点时段终点时段同步时间解类型Radio整数解误差斜距平距平差后误差
是BASE0982LBP_098
2．WGS84无约束平差结果
点 名
纬度 （D:
M:
S）
经度 （D:
M:
S）
椭球高（m）
点位中误差
中误差（m）
中误差（m）
中误差（m）
BASE
DY08
GP__
HSPP
LBP_
PX07
YTS_
上述结果无论在基线处理以及同步环，异步环，重复基线和WGS84三维无约束平差都可以达到国家E级网的控制测量规范要求。
3．地方坐标系统的坐标
坐标系名称:
北京-54
椭球长半轴a：
6378245.000000椭球扁率f：
投影名称:
高斯投影
尺度:
1.000000投影高:
0.000000
X加常数:
0.000000Y加常数:
500000.000000
平均纬度:
0中央子午线:
105
4．基准站用WGS84坐标
WGS84坐标：
纬度：
经度：
椭球高：
15
4．参数报告（略）
第五章系统运行测试及精度报告
1．系统运行情况
从4月10日系统投入运行的情况看，系统运行情况良好，在4月10，11，12日的使用中，基准站24小时连续工作，没有故障发生，服务器软件也一直工作良好。
移动站工作状态良好，偶而由于网络原因会出现掉线的情况，移动站自动登陆后可以继续工作。
总的来说，系统的连续运行状态不错。
2．系统作用距离
在4月11日进入运行的第二天下午，移动站采用车载的方式到安居进行了距离测试和工作测试，经过测试，移动站可以在距离基准站38公里的地方达到固定解，在35公里以内可以很容易达到固定解。
从单点定位到达到固定解的时间在3分钟以内，在25公里以内，达到固定解的时间在1分钟以内。
我们分别在35KM和25KM处做了重复精度测试，前后多次重复精度在2cm以下，说明在35KM以内的固定解可信度高。
在4月12日的测试中，移动站到蓬溪进行测试，作用距离也在33KM，说明本系统的作用距离可以达到35KM以内。
覆盖城区，安居，蓬溪，满足设计要求。
3．系统精度测试
4．1城区精度对比
实测x
实测y
实测h
坐标x
坐标y
坐标h
dX
dY
dH
平面误差
II814
337866
553539.477
3378679.728
553579.520
289.070
-0.043
0.020
-0.005
0.048
II539
338024
554446.025
3380257.293
554436.058
283.400
-0.033
-0.014
-0.021
0.036
II783
337772
559043.638
3377736.034
559053.636
280.240
0.002
-0.017
0.063
0.017
LBP
337583
552594.011
3375853.548
552533.980
381.374
0.031
-0.018
0.026
0.035
II386
560771.550
3369161.710
560721.531
300.820
0.019
-0.051
0.054
0.054
4．2蓬溪精度对比
实测x
实测y
实测h
坐标x
坐标y
坐标h
dX
dY
dH
平面误差
I06
56692
0.061
0.031
0.0316
I41
5664
0.042
0.056
I15
568543
568546.864
0.05
0.036
0.03
px07
569842.027
0.01
-0.04
0.023
数据处理保密原因做了修改，不能直接使用。
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