佛山市CORS系统测量质量控制方法与测量结果分析研究

工　程　技　术

２０１１　　ＮＯ．０２

科技资讯

佛山市CORS系统测量质量控制方法与测量结果分析研究

康应祥

(广东省佛山市顺德区测绘产品质量管理所 广东佛山 528333)

摘　要:本文基于笔者多年从事城市CORS测量的相关工作经验,以佛山CORS系统中RTK作业质量的控制为研究对象,探讨了误差的来源、质量控制的方法与精度分析评价,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:CORS系统 RTK作业 质量控制 精度分析中图分类号:P2文献标识码:A

文

章

编

号:1672-3791(2011)01(b)-0027-02

佛山市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统建设完成后开始在城市测量中进行试运行作业。在CORS系统中流动站测量点位精度受到卫星分布、电离层干扰、基准站数据等多因素的影响,相比于常规光电测量方法、静态GPS测量,更加具有质量控制不确定性。现行的城市测量规范或者是国家全球定位系统等各类技术规程,对于RTK测量尤其是CORS RTK测量质量控制问题缺乏可循条文。笔者所在单位总结外业测量队近几年的RTK作业经验,以及CORS系统建设完成后,在CORS系统中进行了一年作业检测,在作业部门试行了一套较为有效的质量控制方法。我们采用这套质量控制方法,在城市CORS RTK测量中进行质量管理取得了很好的效果。

1 CORS系统中RTK作业误差的影响因素

在CORS系统中影响RTK实时定位测量精度的可能因素有测站卫星分布情况(可用卫星数和卫星天空几何分布)、通信质量状况(是否收到VRS改正信息)、系统定位算法的优劣等。

1.1系统处理软件算法的优劣

CORS系统中有几大网络误差算法,主要代表是Trimble公司的VRS(虚拟参考站)技术,Leica公司的主副站技术以及武汉大学的网络综合误差内插法。这几个算法各有其特点,并且都有成功应用案例,尤其是VRS技术和主副站技术已经在世界多个城市、地区级网络建设中得到普及应用。不论哪种CORS算法,它们都是采用同一种思想,就是将全网架设的所有基准站的数据发送到一个数据处理中心,经过解算,然后统一发送改正数据。

CORS采用VRS技术,它是当RTK用户在工作前,先通过无线网络发送GGA格式的概略坐标给控制中心,控制中心收到这个位置信息后,根据用户位置,由计算机自动选择最佳的一组固定基准站,根据这些站发来的信息,整体的改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差,将高精度的差分信号发给移动站。这个

差分信号的效果相当于在移动站旁边,生

成一个虚拟的参考基站,从而解决了RTK作业距离上的限制问题,并保证了用户的精度。这种定位算法经过大量的数据测试论证是可靠的、稳定的。1.2GPS卫星误差影响

同静态GPS观测、常规RTK作业一样,CORS中RTK作业也受到GPS卫星的各项误差影响,有GPS卫星信号传输上产生的对流层、电离层以及多路径影响,也有因为RTK作业时上空收到的GPs卫星分布以及卫星数目的影响,而且卫星分布与卫星数目对于这种瞬时的RTK作业来说,产生的影响更大于静态GPS观测。在同个测量点因为不同观测时刻卫星分布产生的测量结果较差最大可以达到分米级。所以选择良好的观测时段、卫星观测窗口尤为重要。1.3数据通信质量的好坏

CORS中的数据通信链路包括两方面,一是基准站到数据中心的数据传输,另一就是数据中心到RTK用户的无线数据传输链路。基准站到数据中心的数据传输量大,一般采用专线或者数字电路等方式,对于数据传输速度和稳定性要求非常高,VRS数据处理软件要求基准站到数据中心的网络延时要小于200ms。在CORS中,基准站数据通信租用光纤专线。数据中心将网络差分改正数据发送回用户采用无线通信方式,无线通信的质量会很大影响中心的数据能否及时、可靠地传输给用户。

2 质量控制方法

在常规边角控制网中,我们使用测边、测角中误差、边长相对中误差以及环线、附和线路闭合差等进行质量检验。静态GPS控制网可以从环闭合差、点位中误差、基线相对精度来对GPS控制网进行检定。CORS系统中流动站测量的控制点具有相对的独立性,和网络基准站的关系是非线性的,使得测量工作中,如何控制测量精度具有难度。在CORS系统中RTK作业的质量控制主要从CORS系统设置、作业方法、辅助观测方

表1 已知点检测较差统计表(单位/m)

法检测3个部分进行。CORS系统设置主要

利用CORS数据中心管理软件以及系统监控站进行。

2.1CORS系统设置进行系统运行可靠性监测

在CORS网络覆盖区域内建设一个永久性流动站,监控系统的运算可靠性。监控站设在数据中心大楼顶,便于和数据中心有线连接。监控站设备为一台TrimbleR7流动站仪器。大楼天面的观测墩上安置Trimble zephyr Geodetic天线,天线通过线缆接入到搁置在数据中心R7接收机数据端口。数据中心管理软件设置一个COM口输出的RTCM差分数据发生器,差分数据通过线缆直接接入到接收机的Port3口,RTK手簿控制接收机的作业状态,接收机主机的Port 2口设置为输出NMEA格式的定位坐标到计算机,计算机的监控分析软件实时跟踪分析监控站的差分定位结果,当监控站定位结果超过限差值时自动发出报警信号。

2.2CORS RTK作业方法控制

CORS系统中可以改进RTK作业方法来提高RTK作业精度。通过大量的测量数据表明,RTK作业过程中通过优化作业过程,可以适时发现仪器摆设、接收机整周模糊度解算错误以及电离层误差等影响。采用的优化作业方法如下。

(1)佛山地区处于低纬度电离层活跃带,尤其夏秋季节因电离层扰动频繁严重影响RTK实时作业精度。观察CORS系统管理软件中对网络电离层影响跟踪分析图,避开电离层影响峰值时段。

(2)在RTK控制点测量模式下,我们要求测量员摆设脚架,基座对中整平,减少因RTK对中杆倾斜造成的仪器对中误差。

(3)上点测量时,先进行整周模糊度首次解算,不记录该次固定解结果,手簿记录第二次固定解的结果,避免刚上点时固定解解算的整周模糊度错误。记录连续2次重新初始化后的固定解值,根据CORS系统大量测试数据论证,同时段2次观测值较差应该达到平面≤±3cm,高程较差≤±4cm,超出较差的点需要重新观测检核,取2次测量控制点平均值作为结果。2.3辅助观测手段进行检测

在城市测量中,RTK控制点很大程度

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数字化地形图控制点测量任务,共测量一级图根控制点245点,统计分析图根控制点的二次测量较差、全站仪检测边长、高差、角度等较差,从比较的结果来看,采用的质量控制措施可以保证RTK作业的点位精度。

(1)在该次作业中,我们检测了10％数量的已知点,比对RTK测量结果和已知点的较差,依旧采用静态GPS测量或者导线测量得到的坐标值作为已知值,平面较差中

是为满足图根导线布设需要,所以在应用中,我们建议采用全站仪作为RTK测量结果检测的辅助观测手段进行。全站仪观测RTK对点的边长、高差以及3个点以上互为通视时的夹角。成对布设的控制点作为起算点时需要使用全站仪进行边长和高差检核,根据《城市测量规范》中一级图根控制点要求,边长相对误差较差≤±1／5000,检测高差与CORS测设较差≤±0．4×5m(5为观测斜距,单位为km),3个以上点需要检测角度较差,角度较差≤±60″。

M高=

′

各项检核中误差,△′为RTK

测量点对计算边长、高程较差及3个以上点

夹角与利用全站仪观测得到的边长、高差、角度比较差值,从检测比较的结果来看,CORS RTK测量点可以达到一级图根控制点的精度要求。

4 结语

CORS中RTK作业精度受到多方面因素的影响,为了确保实时测量点位精度,我所采用了多方面措施完善系统作业。系统监控站可以实时监控系统的算法可靠性,监控站的监测结果说明系统长时间的差分处理是稳定可靠的;野外作业采用更为合理的作业手段,减少因卫星分布、通信延时、电离层影响等因素产生的精度损耗;采用全站仪的辅助手段也是为了进一步检测测量结果的可靠性。如此种种手段,会增加一定程度的作业量,但是CORS RTK作业是一种新见的作业方式,是测量手段的一次巨大变革,在相应的规程确定前,我们采用的质量控制方法确保了实时测量点位的精度。

误差统计公式

为M

平= 中误差统计公式为M高=

高程较差

3 测量结果分析

3.1监测站监测结果分析

监测站24h连续进行实时RTK测量,测量的时间间隔为5s,记录RTK结果值,由监测站的已知坐标,计算各个历元定位结果的误差值,以系统设计平面3cm精度、高程5cm精度作为限差,统计误差值超过限差的定位坐标个数,计算超限定位观测数量占全部观测数量的百分比。

将记录数据进行图上展点。以已知点位为圆心,作半径为3cm的圆形,可以发现记录点位汇集在圆心位置。

按照<0.010m、0.010～0.030m、0.030～0.050m、>0.050m等区间对定位结果进行统计,结果表明,约96．8％的平面偏差小于0．030m,约95．1％点位的垂直偏差小于0．050m。基本满足全天RTK作业可用性为95％的指标要求。

3.2RTK作业结果分析

测量作业队于2009年5～6月份采用CORS RTK作业方式完成了17km2的1∶500(上接26页)

煤则需切割京广正线,因此对于北方来煤运输采用立交疏解。

该方案疏解线路自京广下行正线上K2074+990出岔,沿京广下行正线东侧南行,经新建隧道,在K2076+200处上跨京广上、下行正线折向南,在乌石站老场与新场之间与站线并行,接入南端新设到达场。疏解线路总长2.493km。疏解线路出岔位置与乌石站原北端最外侧的道岔(K2075+184)距离194m。乌石站新设到达场,近期设两股到达线,远期预留一股,有效长度按850m考虑(预留1050m)。乌石站老场设4股到发线,有效长基本满足1050m。另外,设一股货物线,有效长为376m。新设到达线与乌石老场及厂内电厂企业站均有效连通。详见图1。

该方案疏解线路长度较短,比较顺直,线路技术条件较好,便于以后运营和养护维修。能充分利用乌石站老场与新场之间狭长地带的土地,征地拆迁较少,提高了土地利用率,对周边环境的影响也较小,该方案疏解线所经区域无重大不良地质及特殊

控制点观测结果与已知值较差,凡为统计点个数,统计较差中误差如表1。

(2)RTK控制点中选取了50％以上的测量点进行了多时段的重复测量,比较重复测量结果,平面较差中误差统计公式为:

=M′平

高程较差中误差统计公

,△′为RTK控制点间隔时段观测结果与首次测量结果较差。统计所有重复测量检测较差中误差得平面较差中误差为±0．012m,高程较差±0．014m。由RTK点较差比较结果得到平面较差最大为0．033m,高程较差最大为0．038m,全部小于质量控制较差的限值。

(3)采用全站仪观测作为辅助检测手段,分析检测边长、高差、角度3项的中误差及最大较差值,全站仪共检测边长85条,高差85个,角度23个,以中误差统计公式计算岩土,工程地质条件较好。但由于因纵断面限制而新增的下行到达线路与既有乌石站老场呈纵列式布置,作业相对分散,调车距离较长,疏解线在乌石站新场与老场间走行,对既有乌石站内铁矿粉堆场影响较大。

由于近期经火车运输的电厂用煤将约有70%以上为南方来煤,北方来煤不到30%。随着武广客专开通运营后,大大缓解了京广线运营能力的紧张状况,少量的北方来煤切割京广正线对京广线运营的影响将十分有限。因此,建议本工程分阶段实施,先实施厂内企业站、接轨站改造,疏解线近期缓上(图1)。

1.2乌石接轨站改建方案

乌石站新场维持现状不改建,只对老场进行改建。考虑到疏解线在新、老场之间走行,本次设计将老场的既有股道重新调整,保证疏解线的走行安全要求以及尽量使既有股道的有效长达到1050m。在既有股道的基础上新增一股道,设在老场的东侧,有效长为1040m;在南端新增设两股到发线,形成一个下行煤车到达场,与老场呈纵

式为:M高=

′

参考文献

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中的应用[J]．科技资讯,2007(3):23～24．

[2]杜国庆,龚越新．JSCORS的基准站分布

设计与试验[J]．科技创新导报,2007(3):17～19．

列式布置,有效长为850m(预留1050m)。场内各股道需要电化化挂网。

2 结语

从上述方案说明可以看出,根据铁道部的新的运输要求,由于电厂用煤量的增长,需要按照新的运输要求设计,新建立交疏解线和车场按照850的有效长设置,并且需要电气化挂网,因此在专用线的改造中其工程造价会有增加,若采用既有的运输模式,列车需要切割京广正线,对京广线的运输造成影响。综合上述分析说明,采用路企直通模式下的车站改造方案,在工程实施中有一定难度,但今后运营中对既有线的运输干扰来看具有优势,从长远发展来看应该采用直进直出的运输模式。

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