CORS精度分析及应用

学 号：201013020222

HEBEI UNITED UNIVERSITY

毕业论文

GRADUATE THESIS

设计题目：CORS精度分析及应用 学生姓名：吕炜希 专业班级：10测绘2班 学 院：矿业工程学院 指导教师：汪金花 副教授

2014年06月06日

摘 要 摘 要

连续运行卫星定位导航服务系统（Continuously Operating Reference System，CORS）是利用现代计算机，数据通信和互联网技术组成的网络。实时的向不同类型，不同需求，不同层次的用户自动的提供经过检验的不同类型的GPS观测值，各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。实现快速实时定位、导航及时的满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控、矿山测量等多种现代化管理的社会需求，是城市空间数据的重要基础设施。与传统的RTK相比又具有作用范围广，精度高，野外单机作业等众多优点，而受到相关行业部门的青睐，各个省市相继掀起了建设CORS的热潮。

本文根据这种现状，介绍了CORS的发展现状和必要性，对CORS的工作原理进行了详细阐述, 并就已建成的CORS进行精度方面的分析和探讨其误差来源，提出相关的解决方法。通过本文的综述来使读者对CORS概念的理解并了解CORS在工程应用中可达到的精度。

关键词 CORS；网络RTK；精度分析；误差来源

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Abstract Abstract

Continuously Operating Reference System（CORS）is the use of modern computers, data communication and network composed of Internet technology Real-time to different type, different needs, different levels of users automatically provide proven different types of GPS observation, various correct number and status information and other relevant GPS service project system Realizing fast real-time positioning, navigation timely meet city planning, land surveying and mapping, cadastre management, urban and rural construction and environmental monitoring, disaster prevention and mitigation, traffic monitoring, mine surveying and so on many kinds of modern management of urban space needs of society, is the important infrastructure data Compared with the traditional role of RTK has wide range, high precision, field stand-alone operations by numerous advantages, such as the favor of relevant industry departments, various provinces begin construction CORS upsurge. This paper introduced the present situation and according to the current situation of the development of the CORS the necessity of CORS, with various techniques and working principle, and gives a detailed description of built on the precision CORS analyses and discusses its error sources, puts forward relevant solutions Through this paper to make the reader to the understanding the concepts of CORS and know the precision can reach in engineering application.

Key words: CORS; RTK; the analysis of precision; source of error

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目 录 目 录

摘 要 .............................................................. I ABSTRACT ........................................................... II 第1章 绪论 ......................................................... 1 1.1 CORS技术背景 ................................................. 1 1.1.1现代空间定位技术代替传统测量技术 ........................... 1 1.1.2多学科技术融合促进CORS技术发展 ............................ 1 1.1.3 CORS技术发展历程 .......................................... 2 1.1.4 CORS技术发展特点 .......................................... 2 1.1.5 CORS含义的演变 ............................................ 3 1.2 CORS在国内外的发展现状 ....................................... 4 1.2.1国外CORS发展现状 .......................................... 4 1.2.2国内CORS发展现状 .......................................... 7 1.3 CORS研究的目的 .............................................. 12 1.3.1提高测绘科技水平 .......................................... 12 1.3.2避免测量标准重复建设 ...................................... 12 1.3.3提供多元化信息服务 ........................................ 13 1.3.4推进城市信息化建设 ........................................ 13 1.3.5促进GPS应用的研究 ........................................ 13 第2章 CORS原理及技术支持 ......................................... 14 2.1 CORS原理与结构 .............................................. 14 2.1.1 CORS基本原理 ............................................. 14 2.1.2 CORS基本结构 ............................................. 14 2.2 CORS的特点 .................................................. 15 2.3 CORS分类 .................................................... 17 2.3.1 CORS分类方法 ............................................. 17 2.3.2 各级CORS关系 ............................................ 18 2.4 CORS网络的技术支持 .......................................... 19 2.4.1 VRS技术 .................................................. 19 2.4.2 MAC技术 .................................................. 20 2.4.3 FKP技术 .................................................. 21 2.4.4 综合内插技术（CBI） ...................................... 21 2.4.5 联合单参考站RTK技术 ..................................... 22 2.5 几种CORS技术精度比较 ........................................ 22 第3章 CORS的精度分析及误差研究 ................................... 24 3.1 GPS静态观测校园控制点 ....................................... 24 3.1.1.实验内容 ................................................. 24 3.1.2已有成果资料 .............................................. 24 3.1.3作业与技术要求 ............................................ 25 3.1.4坐标系统、高程系统和时间系统 .............................. 25

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3.1.5 D级GPS控制点的布设 ...................................... 25 3.1.6 GPS静态测量外业观测及观测数据资料的处理 .................. 26 3.1.7 数据处理结果报告 ......................................... 28 3.2 CORS测量校园控制点 .......................................... 30 3.2.1.实验内容 ................................................. 30 3.2.2已有成果资料 .............................................. 30 3.2.3作业与技术要求 ............................................ 31 3.2.4观测及作业要求 ............................................ 31 3.2.5外业观测成果 .............................................. 31 3.3 全站仪观测校园控制点 ......................................... 34 3.3.1.实验内容 ................................................. 34 3.3.2已有成果资料 .............................................. 34 3.3.3作业与技术要求 ............................................ 34 3.3.4外业观测成果 .............................................. 34 3.4 实验结果对比 ................................................. 36 3.4.1 CORS测量控制点对比静态观测控制点 ......................... 36 3.4.2 CORS测量控制点对比全站仪观测控制点 ....................... 36 3.5影响CORS可靠性的因素 ........................................ 38 3.6提高精度和可靠性的研究 ....................................... 39 第4章 CORS在各领域及各行业的应用 ................................. 41 4.1 基础测绘 ..................................................... 41 4.2 一般测量 ..................................................... 42 4.3 工程建设 ..................................................... 44 4.4 自然灾害监测和地壳运动监测 ................................... 45 4.5 气象预报 ..................................................... 45 4.6 地理信息数据采集 ............................................. 45 4.7 交通管理和监控 ............................................... 46 第5章 总结 ........................................................ 47 参考文献 ........................................................... 48 谢 辞 ............................................................. 50

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第1章 绪论 第1章 绪论

1.1 CORS技术背景

1.1.1现代空间定位技术代替传统测量技术

传统大地测量和工程应用测量是采用测角、测距和测高仪器经行外业观测。其主要缺点是要求点间通视，受到光线和电波信号衰减的影响，导致测量距离有限，劳动强度大，工作效率低。由于地球曲面的影响，即使通视性和视距可达到要求，最大距离也不可能太大，因此早期的大地测量网和控制测量网都是采用三角测量网的建设方式。每个三角的边长在20~25km左右，布设方法困难。特别在山区，三角网布设的工作量非常大，在城市地区布设低等级的三角控制网也十分困难，且作业效率非常低。

20世纪50年代开始，随着空间技术的不断发展，先后出现了子午卫星定位技术、多普勒卫星定位技术、GPS卫星定位技术、GLONASS卫星定位技术、VLBI（甚长基线干涉测量）测量技术和SLR（卫星激光测距）测量技术。特别是20世纪80年代中后期，随着GPS定位技术的快速发展，各国采用GPS定位技术进行大地测量和工程应用测量，大大提高了外业工作效率和成果精度，同时减轻了劳动强度，逐步替代了传统测量技术。

1.1.2多学科技术融合促进CORS技术发展

20世纪90年代开始，随着以空间技术、计算机技术、电子通信技术及网络技术为代表的现代科学技术的迅速发展，特别是“3S”（全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS））技术的飞速发展，传统测绘技术开始了一次全新的技术革命。尤其是GPS定位技术与现代通信技术相结合，在大地测量领域实现了里程碑式的跨时代发展。

各国大地测量学家就如何促进GPS定位技术民用化进行了深入研究，加速了GPS应用技术的发展，不断地完善GPS定位技术相关的数学模型。同时，也为CORS技术的发展奠定了理论基础和主要数学模型，如载波相位差分、VRS（虚拟参考站）和MAC（主辅站）等结算方法都是GPS应用发展的结果。

GPS技术发展的同时，各种高科技也得到了迅速的发展。特别是计算机软硬件技术和网络通信技术的发展，是CORS通过通信网络把GPS参考站组成一个局域网络，实现GPS数据快速传输和处理，能够实时为GPS用户提供差分改正

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信息数据。[1]

1.1.3 CORS技术发展历程

20世纪80年代，加拿大提出CORS“主动控制系统”理论，并于1995年建成第一个CORS台站网。早期CORS的应用由于受到当时通信技术和解算技术的限制，未能在实时定位方面提供服务，主要应用于大地测量控制网和地球板块运动监测。其缺陷主要表现在参考站数量少，服务功能单一；参考站设备落后，数据存储量小；参考值之间只能构成数学理论网络，无法实现数据交换和融合；应用范围小。

20世纪90年代开始，由于DGPS技术的发展和RTK测量技术的出现和逐步普及，出现了一些依靠无线电波进行差分改正信息发布的永久性参考站，即RTK单参考站，能够在近距离范围内为用户提供RTD伪距相位差分服务和RTK载波相位差分服务，即现代CORS的雏形。它的出现和应用逐步改变了传统测量作业模式，较大地提高了测绘作业效率。这个时期的CORS的特点是为用户提供单向通信的实时差分数据服务；参考站间相互独立存在，无数据交换；已经开始逐步用于其他工作领域。

进入21世纪以来，由于计算机技术和网络通信技术的飞速发展，CORS得到不断发展和壮大，世界很多发达国家纷纷建设国家级。区域级和城市级的CORS。1999年，我国深圳率先建成SZ—CORS，随后全国多个省、市开始着手建设省、市级CORS，逐渐形成了“城市—省—全国”的CORS网络格局。CORS已广泛地应用于不同领域、不同精度的空间定位领域，逐渐发展成为现代CORS。

1.1.4 CORS技术发展特点

现代CORS把各参考站通过数据中心的联合通信组成了有机的网络、差分数据解算发展到采用多参考站的联合解算，如VRS、FKP和MAC等解算技术；用户广泛。应用范围扩大，服务方式多样化；有完整的服务体系，为社会各方提供丰富的相关服务。实现了由点到面、从单一差分信息服务扩展到多种信息服务。

1)由点到面

早期的CORS，采用的是一个参考站，通过单个参考站进行广播差分数据发送服务，这种CORS服务范围小。精度较低，且服务能力有限，其服务是典型的“点”范围的服务。CORS发展到中期，出现了多个参考站联合组成一个CORS网络，但是由于没有先进的通信技术支持和数据中心的统一协调，其服务方式还是多个点独立进行服务。这种CORS虽然服务范围获得较大提高，但是服务方式

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第1章 绪论 和差分解算方法与原有单个参考站基本相同，精度没有大的提高，服务能力有限。

进入21世纪以后，由于互联网技术和计算机技术的迅速发展，为CORS的发展提供了强大的动力，CORS实现了各参考站的通信互联和数据共享，以CORS数据中心为大脑，各个参考站形成一个总体有机网络，极大提高了CORS的可靠性和服务范围，并在该基础上实现采用多参考站数据和基准建设数据模型，计算高精度的差分信息。

无线通信技术的提高，可以实现无线互联网技术，为CORS进行控制数据播放和综合服务提供了可能。CORS也可以通过无线互联网实现点对点的查分数据传输，即根据不同的用户发送不同的差分数据，并在该基础上，增加各种位置信息相关的综合服务，极大提高了服务的可靠性和多样性。

未来CORS网络发展趋势是进一步完善CORS网络，提高参考站之间传输率和传输可靠性，并逐渐实现网络的智能化。

2)由单一服务到综合服务

CORS早期单参考站只进行差分信息广播发布服务，服务方式单一，基本不能向外界提供原始观测数据。CORS联合参考站建成后，大多数情况下也只能提供差分播发服务，并有限地提供一些其他服务，如气象预报数据服务。后差分数据服务等。

互联网和计算机等技术的发展，为CORS扩展服务提供了条件，主要包括： ①先进的通信技术为参考站到数据中心的数据传输提供了先进的链路。 ②服务器和数据存储设备提供了数据存储空间和解算设备。 ③路由器。防火墙等设备实现了网络路由和数据分流。 ④先进的网络RTK技术和数学模型实现了整网高精度解算。 ⑤网络技术实现了点对点的差分数据发送服务和数据下载服务。 ⑥先进的软件技术为CORS实现实现综合服务提供了软件基础。

进入21世纪以后，全球各地的CORS逐渐发展成为多功能的综合服务系统。 CORS以网络RTK/RTD服务为主，数据下载服务为辅，应用扩展到了气象数据服务。定位监控服务、基准统一服务和精密数据解算服务等内容。

1.1.5 CORS含义的演变

在20世纪90年代，科学家提出CORS概念时，目的是要建立永久性的卫星参考站。最初，CORS建设的主要内容是参考站的建设，因此早期CORS的含义为Continous Operation Reference Stations，即连续运行参考站。后来随着互联网技术和计算机技术的发展，推动了CORS技术的进步，CORS的各个参考站连接成为有机网络，并采用数据中心进行数据解算和服务，形成一个有机的系统，这

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时的CORS不仅仅是参考站，而是以参考站为节点组成的系统，CORS的含义转为Continous Operation Reference Stations，即连续运行参考站。

随着计算机信息技术和相关技术的不断发展，CORS目标是以GPS参考站组成的网络为基础，以数据中心为核心，除提供高精度位置服务外，还提供各种综合服务。随着GPS应用技术和网络技术的发展，其服务方式和服务范围将不断扩大，并逐渐建立完善的服务体系。CORS的含义由连续运行参考站系统演变成为连续运行卫星定位综合服务系统（Continuously Operating Reference System）。[2]

1.2 CORS在国内外的发展现状

1.2.1国外CORS发展现状

随着全球卫星定位技术、计算机技术、网络和通信技术的迅速发展，建立区域卫星定位导航服务网络取代传统的静态定位控制网是今后实时导航定位的发展趋势。国外CORS的研究主要集中在基础设施建设、系统自动化管理、数据采集域分发、基于网络的GPS定位技术的开发等方面。其中，具有代表性的全球和国家的项目包括IGS跟踪站网络、美国NGS CORS、欧洲EPN永久性连续网等、在美国CORS的东部区域，大部分站点实现了实时的数据传输，仅需要建立必要的服务手段即可实现实时定位服务。在EPN网络中，德国、挪威等国家已率先利用实时载波相位差分、网络RTK技术提供实时高精度定位服务。目前，国外已广泛应用这一技术的国家主要有美国的连续运行卫星导航定位参考站系统（CORS），它覆盖全美（包括阿拉斯加），构成新一代动态国家参考系统；加拿大的主动控制网系统（CACS）；德国的卫星定位与导航服务计划（SAPOS），日本的GPS连续应变监测系统（COSMOS）。

(1) 美国CORS

CORS在美国建设得最早，发展也最快，居于世界各国之首。美国主要有3个大的CORS网络系统，分别是国家CORS网络、合作CORS网络和加利福利亚CORS网络。目前，国家CORS网络有688个站，合作CORS网络有140个站，加利福利亚CORS网络有350多个站，并且以每个月15个站的速度增长，超过155个组织参加了CORS的项目。美国国家大地测量局（NGS），美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的国家海洋服务办公室分别管理国家CORS和合作CORS。NGS的网站向全球用户提供国家CORS网络参考站坐标和GPS卫星跟踪观测站数据，30d为原始采用间隔的数据，30d后为30s采样间隔数据，此外NGS网站还提供网上数据处理服务（OPUS）。

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第1章 绪论 美国CORS建设得任务有以下几点：

使全部美国领域内的用户能更方便地利用该系统来达到cm级水平的定位和导航。

促进用户利用CORS来发展GIS。 监测地壳形变。 支持遥感的应用。 求定大气中水汽分布。

监测电离层中自由电子浓度和分布。

合作CORS的数据可以从美国国家地球物理数据中心下载，CORS的数据和信息包括接受的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星历、站四周的气象数据等，并且所有数据向合作组织自由开放。

(2) 日本CORS

日本国家地理院（GSI）从90年代初开始，就着手布设地壳应变监测网，并逐步发展成日本GPS连续应变检测系统（COSMOS）。该系统的永久跟踪站平均每30km一个，最密的地区如关东、东京、京都等地区是10~15km一个站。到2005年底，已经建设1200个遍布全日本的GPS永久跟踪站，该系统一般为不锈钢塔柱，塔顶放置GPS天线，塔柱中部分层放置GPS接收机、UPS和ISDN通信的调制解调器（Modem），数据通过ISDN网进入GSI数据处理中心，然后进入因特网，在全球内共享。

COSMOS构成了一个格网式的GPS永久阵列，是日本国家的重要基础设施，其主要任务有以下几点。

建成超高精度的地壳运动监测网络系统和国家范围内的现代“电子大地控制网点”。

系统向测量用户提供GPS数据，具有实时动态定位（RTK）能力，完全取代传统的GPS静态控制网测量。

COSMOS主要的应用有地震监测和预报；控制测量；建筑、工程控制盒监测；测图和地理信息系统更新；气象监测和天气预报。

(3) 德国CORS

SAPOS是德国国家测量管理部门联合德国测量、运输、建筑、房屋和国防等部门建立的一个长期运行的、覆盖全国的多功能差分GPS定位导航服务体系，是德国国家空间数据基础设施。它由200多个永久性的GPS跟踪站组成，平均40km一个站。其基本服务是提供卫星信号和用户改正数据，使用户得到cm级精度水平的定位和导航坐标。SAPOS采用区域改正参数（FKP）的方法来减弱差分GPS的误差影响，一般以10s的间隔给出每颗为卫星区域改正参数。

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SAPOS把德国的差分GPS服务按精度、时间响应和目的分成了四个级别。 实时定位服务（EPS）。 高精度实时定位服务（HEPS）。 精密大地定位服务（GHPS）。

与美国的CORS、加拿大的CACS一样，SAPOS构成了德国国家动态大地测量框架。

(4) 加拿大CORS

加拿大有一个主动控制网系统（CACS），它由加拿大大地测量局和地质测量局负责维护和运行。到2006年5月，CACS拥有14个永久性跟踪站、12个西部变形监测站和20个区域主动控制站。通过分析多个参考站的GPS数据，监测GPS完好性和定位性能，计算精密的卫星轨道和卫星钟差改正，提供有效的现代空间参考框架，提高GPS应用的有效性和精度。利用CACS提供的精密卫星星历、精密的卫星钟差改正和参考站的观测值，在加拿大的任何位置使用单台接收机可获得一个cm级~m级精度的定位结果。

(5) 澳大利亚CORS

SydNet是2003年在澳大利亚悉尼市建立的CORS网络，已经建成8个永久性参考站。使用光纤连接到数据中心，数据处理和发布中心位于Redfern的澳大利亚技术园（ATP）。

用户配备单台GPS接收机和无线网络通信设备，就可获得cm级的实时定位结果。该系统不仅可以为土地测量控制服务，取代地区的测量控制网，还是一个可以在通信、用户应用方面进行网络RTK技术研究的开放实验室。

(6) 澳大国际GNSS服务系统（IGS）

国际GNSS服务系统（International GNSS Service,IGS），即以前的国际GPS服务系统。这是一个由200多个成员组成，并实现高精度参考站资源和数据共享的世界性资源联盟。IGS致力于提供高质量GNSS标准的数据和产品，用于支持科学研究、多学科应用和教育等。IGS包括两个卫星系统，GPS卫星和俄罗斯的GLONASS卫星，统称为GNSS。IGS被认为是最高精度的国际性民间GPS组织。

IGS无偿向全球用户提供各种GPS信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站接收GPS信号的相位和伪距数据、地球自传速率等，这些信息支持了大地测量和地球动力学方面无数的科研项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、地壳运动、高分辨率的推算地球自转速率及其变化等。IGS提供的主要服务和数据有以下几种。

三类轨道。一是最终（精密）轨道，要在10~12d以后得到它，常用于精密定位；二是快报轨道，要在1d以后得到，它常用于大气的水汽含量、电离层计

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第1章 绪论 算等；第三类是预报轨道。GPS星钟偏差方面的数据，由两个IGS分析中心提供。IGS在近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准有70多个，其中的30个使用氢钟，20个使用铯原子钟，20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体振荡器。

极移和世界时信息。IGS公布最终的每日极坐标（x,y），其精度为±0.1mas，快报的相应精度为±0.2mas。GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时的功能。但是，由于GPS卫星轨道参数和世界时相关，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是世界时的时间导数，因此IGS扔能给出每天的日常（LOD）值。目前，由于IGS各观测站数据传输以及数据处理方法的改进，使求定章动项和高分辨率的极移，由过去的1d1次提高到每2h一次。

连续运行站的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。 测定短期章动。[3]

1.2.2国内CORS发展现状

我国著名科学家陈俊勇院士和刘经南院士曾经指出建立CORS的重要性和意义，并提出我国CORS建设的方法和方向，同时筹划建设国家级别的CORS。国务院于2007年9月20日发布《国务院关于加强测绘工作的意见》（国发[2007]30号）中指出，“十一五”期间，开展卫星定位连续运行参考站网建设，改建或扩建大地控制网、高程控制网和重力基本网，加快形成覆盖全部国土、海陆统一的高精度现代测绘基准体系。

为了满足国名经济建设的需要，我国加快了连续运行卫星定位综合服务系统（CORS）建设的步伐。2003年，深圳市率先建成了CORS，全国各个地区也开始陆续建设了一批城市甚至省级的CORS，并逐渐形成了“地区—省—全国”的CORS网络。已建成系统并投入使用的有香港、深圳、北京、天津、武汉、昆明、柳州、成都、重庆等城市；已建成区域级的有北部湾（广西）经济区；省一级正在建设或已经建成的系统有广东省和江苏省。国内不同行业也陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，其中著名的有中国地震局牵头建设的中国地壳运动监测网络，交通部建设的沿海差分站网系统，信息产业部建立的电离层监测网络及连续运行参考框架网络，上海地区以监测气象参数为主的观测网络和深圳市城市连续运行参考站网等。

我国在GPS定位技术研发、工程建设方面达到了国际先进水平，但参考值网的覆盖范围、站点密度、服务内容等与国外存在一些差距。目前，各地CORS基本处于独立运行的状态，多数地区未能实现跨行业、跨地区的联网，个别地区出现了不同主管部门同时建设CORS的重复投资现象。此外，建设CORS的技

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术标准化也是一个急需认识和尽快解决的问题。

(1) 中国RBN—DGPS系统

沿海无线电指向标—差分全球定位系统（Radio Beacon Differential GPS，RBN-DGPS）是一种新型、高精度、全天候的海上导航定位系统，是中国海事局的重点建设项目。中国沿海20个RBN—DGPS基准台站已全部建成，并于2002年1月1日零时起全面开通，正式向公共用户无偿提供服务。

为适应国民经济、国际贸易和社会发展的需要，满足航行在我国主要港口、重要水道和沿岸的海上共众用户对导航服务的需求；满足国防、海洋测绘、海洋石油开发、海洋渔业、海洋资源调查、海上交通安全管理、疏浚、引航等和其他需要高精度导航服务的用户需求。中国海事局结合我国国情，在分析我国沿海无线电指向标现状及存在的只要问题的基础上，借鉴和吸收国际先进经验，参照国际组织有关标准、规定和建议，于1995年制定了中国沿海RBN—DGOS系统建设规划。规划根据各海区特点，采用无线电指向标—差分全球定位系统的成熟技术。充分利用现役无线电指向标站的设施，统一部署，分期实施，在国家“九五”期间建成中国沿海无线电指向标—差分全球定位系统。信号完全覆盖中国沿海海域，使之成为一种国际标准化、现代化的助航系统。

根据这一规划，统筹考虑我国航行水域现状，并结合周边国家和地区的情况，从1995年~2000年，中国海事局分三期在我国沿海地区共建设20座RBM—DGPS台站，按规定强度信号覆盖（或多重覆盖）整个沿海水域和部分陆域。监控台与基准台和播发台同步建设、且同一台址。第一期台站包括大三山、秦皇岛、北塘、王家麦、大戢山和抱虎角，共6座，与1996年改造建成；第二期台站包括燕尾港、石塘、镇海角、鹿屿、三灶、硇洲岛和三亚，共7座，与1998年建成；第三期台站包括老铁山、成山角、蒿枝港、定海、天达山、防城和洋浦、共7座，与2000年建成。

RBM—DGPS建设较早，属于初级的CORS，它是中国地壳运动观测网络建成之前我国最大的CORS。RBN—DGPS系统具有定位精度高、覆盖范围广、使用方便、不收费等优点，现已用于海洋测绘、航道测量、航道疏浚、船舶进出港及狭窄水道导航定位、海上交通安全管理、航标定位、海上石油勘探、海洋资源调查、海上救助、捕捞、海洋渔业及其他海上作业。它在国家海岸线测量项目（“908”专项）中应用，取得了良好的效果。

(2) 中国地壳运动观测网络

中国地壳运动观测网络（Crustal Movement Observation Network Of China，CMONOC）是由中国地震局牵头，中科院、总参测绘局、国家测绘局共同参与建设，旨在以服务地震预测预报为主，兼顾国家大地测量和国防建设的需要，同

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第1章 绪论 时服务于气象预报、电离层监测、海平面监测和GPS导航等领域。

该网络一期工程已于2000年12月25日投入使用，共建设了遍布全国的25个连续运行GPS参考站（包括国家测绘局的已建站），平均站距800km。所有站按照30s采样间隔记录数据，每天传至分析中心，实现了上述四个部门的数据共享。目前，第二期工程也已经启动，国家气象局和教育部也加入到这一工程中，并计划在全国建立200多个永久性参考站和1000多个监测站。

中国地壳运动观测网络建成后将成为我国最大的CORS,将使我国对地壳运动的监测精度提高了三个数量级，观测效率提高几十倍，所产出的大范围和时空密集的地壳运动数据，将成为地球科学定量研究的基础，为我国地球科学发展提供丰富的基础数据资源，并与美国GPS观测网、日本GPS观测网在世界形成三足鼎立之势。

(3) 北京CORS

北京市全球卫星定位综合应用服务系统（Beijing GPS Integrated Application and Service System，BGIAS）是北京市“空间数据基础设施”的重要组成部分。它的宗旨是在北京地区建立综合性全球导航卫星系统（GNSS）应用服务网，把卫星定位系统这一高新技术用于北京市城市规划、市政建设、交通管理、城市基础测量和工程测量、天气预报、地震及地面沉降、灾害监测、农业和林业资源环境管理等，实现一网多用。

整个系统由北京市及河北省境内的28个连续运行参考站组成的参考站系统、管理系统、监测系统、服务系统及用户系统五部分组成。涉及各种硬件、管理控制软件、通信传输、网络系统、数据库、数据库处理等众多领域，是集设计、开发、集成为一体的综合应用服务系统。

(4) 上海CORS

上海GPS综合服务网由14个地面GPS参考站、50个高精度大地测量控制点、20个地面变形监测点、一个中心处理站、一个气象工作站和一个大地测量工作站组成。14个地面GPS参考站分布为上海地区5个，周边江、浙、皖地区共9个，为了综合利用，这9个参考站均设在当地气象站内。中心处理站设在上海天文台，GPS气象工作站设在上海中心气象台，GPS大地测量工作站设在上海市测绘院。14个参考站作为永久站，每天经行24h的连续观测，并将GPS观测数据实时传播至中心处理站经行处理。上海周边的9个GPS站，平时经行常规观测，在上海三维大地测量控制网和地面沉降监测网进行布测和复测时，集中回上海经行观测，任务完成后仍回原地进行常规观测。上海地区综合性GPS应用服务网，在上海布设为上海地理信息系统（GIS）服务的5个GPS参考站，连续实时地发播高精度GPS跟踪数据，通过与中心站结果的对比和检核，保证其

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完好性。它为以上海市为中心方圆70km的范围内提供有效的定位和导航服务，加上上海测绘院拥有的各种精度和各种类别的上海地区电子地图集，将为建立上海地区的车载（包括车辆、舰船和飞机等）导航GPS产业奠定基础。

上海GPS综合服务网的主要特点是自成系统。该网建有独立的GPS卫星精密定轨、预报和钟差改正等完整的资料处理软件系统，使该网在上海地区的GPS应用服务完全不受美国对GPS采用的SA技术和AS技术降低定位和导航精度的影响，保证该网长期发挥其稳定和完好的应用价值。上海GPS综合服务网应用于上海地区的气象服务、大地测量、工程测量、地壳变形和地面沉降的监测以及城市地理信息系统（GIS）等领域。它以上海为中心，能全天候地提高长江三角洲地区的可将水汽量的变化信息，分辨率从原来的12h采样一次提高到30min一次，站点分布也由原来的300km以上下降到100km左右。

它作为上海市信息化管理的基础设施，能一网多用，为促进上海地区经济持续、快速和健康地发展提供了全方位的服务。

(5) 香港CORS

香港GPS多功能台站网，其基础设备包含12个GPS参考站，覆盖整个香港地区，它分两期进行建设，第一期6个参考站已于2001年建成，采用徕卡公司的6台CRS1000接收机和专用的软件系统；第二期已于2004年完成，新建了6个GPS参考站，并升级香港原有GPS网络的系统设备和软件，把原有的徕卡公司的CRS1000接收机更换为SR530GPS接收机。

新系统包含了下一代徕卡GPS网络软件包SPIDER和GNSMART，已进行远程操作、数据收集、验证和发送、它以区域纠正参数（FKP）和虚拟参考站（VRS）模式，为现场用户生成和传送的大气纠正RTL数据流，以实现更大范围的RTK精确定位。因而，可以通过无线通信（如GSM/CDMA/GPRS和互联网），每周7d全天候地检索经过验证的DGPS或RTK数据流，以更加经济高效的方式，精确完成各种定位应用。

香港多功能台站网可广泛应用于各种测绘和施工放样，建筑物（如大楼、桥梁、水坝等）动态形变和地面沉降等检测，快速降水分析等气象预报，港口船只引港，地面交通调度、监控及飞机着陆等精密导航，并可通过因特网、GSM移动通信、调制副载波等数据传输手段，提供实时、准实时和事后的数据分发和处理服务。

(6) 深圳CORS

深圳CORS（SZCORS）于2003年建成，它是我国建立的第一个实用化的实时动态CORS，由深圳规划与国土资源局出资，武汉大学GPS工程中心承建。

SZCORS当时由4个GPS参考站、1个系统数据中心、1个用户数据中心、

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第1章 绪论 若干用户应用单元。数据通信系统5个子系统组成，各子系统互联，形成一个分布于整个城市的局域网或城域网。它的实时定位精度可达到平面3cm，垂直5cm。网络实时动态定位采用VRS技术，系统的数据服务分两种方式，通过访问服务器以GSM或GPRS数据通信方式向用户提供实时精密定位服务；通过Internet网络向用户提供精密事后处理的数据服务，并发布系统工作状况、新闻等动态信息。

(7) 四川CORS

四川GPS观测网络（GPS Observation Network of Sichuan，GPSONS），是主要为监测地震服务的CORS。它由四川省地震局承建，其数据中心位于四川省地震局办公大楼内，负责数据传输、常规管理，并承担专门的数据处理与信息发布任务。它是一个以全球卫星定位系统观测技术为主，结合精密重力和精密水准测量构成大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。

四川GPS观测网络由GPS基准网、区域网，数据传输发布与处理分析系统三大部分组成。基准网有4个GPS连续观测参考站，区域网由40个不定期复测的GPS观测参考站组成。自2002年4月开始进行调研，2004年6月建成4个基站，平均站间距约70km，控制面积约6000km2范围的系统覆盖。网络的主要技术指标—基准网相邻站间GPS基线长度年变化率测定精度优于2mm。

(8) 昆明CORS

昆明市GPS台站网是当地的CORS。它首期建设4个站，站与站之间相隔40~50km，覆盖面积约3000km2，主要为基础测绘服务。

整个站台网由多个连续运行的GPS参考站组成。每个GPS参考站包括GRX1200接收机和AT504扼流圈天线，特殊设计的稳固测云墩标，蹲标倾斜仪，电饵，调制解调器以及其他辅助设备。参考站通过通信网络与数据中心相连接。数据中心由5个子系统组成，包括数据传输系统、质量检测系统、数据处理系统、数据存储系统、数据发放系统、昆明市GPS台站网为城市规划、国土管理、地籍管理、工程建设、环境监测、防震减灾、交通管理、气象监测等各种社会信息化管理需求提供了强有力的支撑和良好的服务。

(9) 江苏CORS

江苏省连续运行参考站网络（Jiangsu Continuously Operating Reference Station，JSCORS）是我国首批地区（省）级的连续运行的参考站网络系统，它在全省范围内建立永久性参考站，通过网络互连，构成新一代的网络化的大地测量系统，不仅可以向各级测绘用户提供共精度、连续的时间基准，并可向导航、时间、灾害预报等部门提供各种数据服务。

该项目于2006年7月正式启动，2007年初完成。JSCORS通过在全省范围

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内建设70个左右连续运行参考站，在江苏省内建立一个高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的全球导航卫星综合服务网。[4]把GNSS这一高新技术综合应用于大地测量、工程测量、气象监测、地震监测、地面沉降监测以及城市地理信息系统等领域，以满足日益增长的城市综合管理和建设的需要。

(10) 北部湾CORS

北部湾CORS(简称BBW—CORS)是广西第一个CORS，全称为北部湾（广西）经济区连续运行卫星定位综合服务系统，是广西测绘局“十一五”期间重点建设项目之一。2006年8月，开始进行项目论证评估，2007年3月正式开始开工建设，2008年8月系统建设完成。系统在南宁、北海、钦州、防城港地区建设工13个永久性卫星参考站和3个数据中心。各参考站观测数据通过专用数据通信网传送至管理中心，经过处理，通过专业网或因特网，按不同需求实时或非实时向用户发布GPS测量数据及差分数据，以满足不同行业、不同用户对精密定位、快速和实时定位、测速、测方位、测量位移及测量气象参数的要求，满足城市规划、国土管理、城乡建设、基础测绘、灾害监测、环境监测、防灾减灾、精细农业及交通管理等多种现代化、信息化管理的需求、它也为建立全广西连续运行卫星定位综合服务系统提高了建设经验和技术积累。

1.3 CORS研究的目的

1.3.1提高测绘科技水平

利用CORS提供的实时和事后定位服务，用户能够实现快速、高精度、空间三维定位测量；大大提高了外业工作效率和成果精度，减轻了测量工作人员的劳动强度；改变了传统测量工作模式，从整体上提高了我国测绘科技水平。

统一测量基准

CORS建设为区域测绘工作提供一个统一的测量基准，并为精化似大地水准面数据服务奠定基础。CORS数据中心的建成，能为测量用户提供实时和事后的测量基准传递服务，实现区域测绘成果的基准统一，能够很好地解决不同行业（部门）测量基准系统差异问题。

1.3.2避免测量标准重复建设

随着城乡经济建设速度的加快，各等级测量控制点遭破坏日趋严重。为了满足经济建设的需要，各部门不得不经行控制点的重复布设，陷入了“建

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第1章 绪论 设—破坏—建设”的恶性循环，同时造成了人力、物力的浪费。

CORS建设目的就是在服务区域范围建成能够永久保存的、连续运行的参考站网络，作为该区域测绘工作的高精度参考框架网。通过数据中心提供的实时和事后基准传递服务，用户可以快速建立临时性的测量控制点，满足经济建设的需要。另外，相对常规测量标志的保护与修复而言，CORS建成后其维护费用要低的多，能够节省大量的基础测绘经费，具有较好的社会效益和经济效益。[5]

1.3.3提供多元化信息服务

CORS的建立将为国民经济建设与社会生活提供多元化信息服务。它可以满足各类不同行业、不同用户对精密定位、快速和实时定位、测速、测方位、测量位移及测量气象参数的要求；满足城市规划、国土管理、城乡建设、基础测绘、灾害监测、环境监测、防灾减灾、精细农业及交通管理现代化、信息化管理的需求；可以对工程建设进行实时、有效长期的变形监测，对灾害进行快速预报；为城市诸多领域如气象、车辆导航定位、物体跟踪、公共消防、测绘、GIS应用等提供精度达cm级的动态实时定位服务。

1.3.4推进城市信息化建设

CORS是“数字城市”地理空间框架建设的重要组成部分，由此建立城市高精度、动态、空间三维的地心坐标参考框架，为城市地理空间数据快速采集与更新提供了技术支持，对推进城市信息化建设，提供“数字城市”建设和管理具有积极作用。

1.3.5促进GPS应用的研究

连续运行卫星定位综合服务系统（CORS）源于GPS卫星技术的发展，反过来，CORS的建设也会促进GPS应用的研究，推动GPS向更高水平发展。

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第2章 CORS原理及技术支持

第2章 CORS原理及技术支持

网络RTK差分定位服务是CORS最主要的应用，也是CORS建设的主要目的。早期的CORS采用单站RTK方式进行广播差分数据发送服务，这种差分解算和服务方法与普通RTK基本相同，服务范围小、精度较低、使用限制多且可靠性差。

随着CORS网络的形成，以多个参考站数据为网络差分数据计算提供了基础，形成了各种网络RTK的差分算法，极大提高了差分解算的服务范围、精度和可靠性。

2.1 CORS原理与结构

2.1.1 CORS基本原理

CORS基本工作原理是利用GPS导航定位技术，在一个城市、一个地区或一个国家，根据需求按一定距离建立长年连续运行的一个或若干个固定GPS参考站，利用计算机、数据通信和互联网络（LAN/WAN）技术将各个参考站与数据中心组成网络，由数据中心从参考站采集数据，利用参考站网络软件进行处理，然后向各种用户自动地发布不同类型的GPS原始数据、各类RTK改正数据等。用户只需一台GPS接收机，进行野外作业时，即可进行mm级、cm级、dm级、m级的、准时的、实时的、快速定位、事后定位或导航定位。[6]

参考站构成的GPS网可以通过数据中心，实现数据在广泛范围上的共享，对社会可根据不同需求采用公益性服务或有偿性服务。它不但具有全天候、全自动、实时导航定位功能还可进行天气预报、灾害监测、提供无线通信和电网时间标准、电路监测等功能。

2.1.2 CORS基本结构

CORS由数据中心、参考站子系统、数据通信子系统、用户应用子系统组成。其中，数据中心又由用户管理中心和系统数据中心组成。

1）数据中心

数据中心是CORS的大脑，是系统稳定安全运行和连续运行不断提供定位服务的保证。该子系统又分为用户管理中心和系统数据中心两部分。它由服务器、工作站、网络传输设备、电源设备（包括UPS）、数据记录设备、系统安全设备

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等设备组成。负责卫星定位数据分析、处理、计算和储存，VRS系统建模，VRS差分改正数据生成、传输、记录、数据管理、维护与分发，同时向用户提供服务并对用户进行有效管理。

2）参考站子系统

参考站子系统是卫星数据接收功能块。它由接收机、天线、电源（包括UPS）、网络设备、机柜、天线墩标和避雷系统组成，主要负责卫星定位跟踪、采集、记录和将数据传输到控制盒数据管理中心。各个参考站可以作为区域RTK单参考站。

3）数据通信子系统

数据通信子系统包括各个参考站与数据中心的通信系统和数据中心与用户流动站的通信系统。系统数据中心与参考站之间的数据传输，要求工作可靠稳定，反应时间比较短，控制在1s内、由于目前有GPRS和CDMA无线上网技术支持，因此只需要将数据中心连接万维网，即可实现客户端采用GPRS或CDMA无线网络访问数据中心。参考站与数据中心通信系统采用电路传输与VPN网络、参考站和数据中心与数据管理中心在同一虚拟网中。

4）用户应用子系统

用户应用子系统是系统的最终用户。它由GPS接收机天线、GPS数据接收机和通信子模块组成。用户通过天线接收GPS卫星数据，并用接收机进行数据存储和处理，通过通信模块把数据发送到控制与数据管理中心，并最终接收控制与数据管理中心差分解算数据。[7]

2.2 CORS的特点

1) 网络化

早期的CORS是以单参考站模式工作的，各个参考站独立发送差分信息，互相不关联。随着GPS差分解算技术的发展，并与网络通信技术相结合，参考站之间实现了互联和统一控制，即实现了CORS网络化。

网络化的CORS中参考站不是独立体，而是通过系统的数据中心形成一个高度网络化群体。参考站作为网络的节点，通过网络链路实现GPS数据的传输、处理和存储。网络化是CORS发展的趋势和必然结果。

2) 精度高

与单参考站RTK测量相比，CORS提供的网络RTK测量精度得到了显著的提高。由于网络RTK测量采用多个参考站联合解算的数学模型，其测量精度和可靠性远高于单参考站RTK测量精度，有效服务范围更大。

3) 快速定位服务

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第2章 CORS原理及技术支持

静态GPS测量模式是先进行外业联合观测后，由内业数据处理的作业方式获取高精度的静态测量成果，无法实时获得高精度的动态测量成果，实现了GPS快速定位测量。

4) 可靠性高

CORS的可靠性主要体现在以下几个方面。

① CORS采用多站联合组网的方法。当CORS组网内一个或少数几个参考站出现问题不能正常工作时，可以采用其他参考站进行解算，不影响用户正常使用。使系统可靠性极大提高。

② 网路RTK流动站采用固定的通信数据链（GPRS/CDMA），减少了无线电噪声干扰，实现了通信链路可靠性。

③ 拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性。 5) 自动化和智能化

实现系统服务自动化和智能化是CORS建设的主要目标之一。其特征是在系统服务体系下能够把工作人员从某种工作中解脱出来，实现了自动差分解算功能、记录功能和坐标转换功能等；与专业控制系统连接，能够实现自动化、智能化作业。

6) 基准统一

无论是测量还是测绘，按照国家制定的测绘规范，其作业都应该在国家统一的坐标框架内进，行作业，实现测量和测绘成果空间坐标框架的统一，以便实现数据通用共享和检查。

CORS不但提供实时差分解算数据服务，还提供数据下载以进行数据差分服务。在CORS进行实时定位或者后差分解算广域的范围内，其差分解算的基准起算值都是CORS参考站基准坐标。采用CORS进行网络RTK作业和CORS数据下载，进行数据后差分解算，在定位点基础上进行测量与测绘作业，其最终成果都实现了基准统一。

7) 多元化服务

CORS实现了多元化服务模式，广泛地用于各行各业与空间定位有关的工作中。它包括后差分mm级精度的形变监测和地球板块运动研究，后差分或实时差分cm级精度的大地测量，各种类型的工程测量，实时差分dm级精度的GIS空间数据采集，m级精度的基于位置的导航定位，以及由后差分定位延伸的GPS快速天气预报服务等。[8]

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2.3 CORS分类

2.3.1 CORS分类方法

CORS按照不同的行业标准进行不同的分类，主要包括按照建设和管理单位划分，按照服务区域或级别划分以及从功能角度划分三种方式。

根据建设和管理单位划分

无论在我国还是发达国家，都出现某个区域内多套CORS并存的情况。主要原因就是行政协调、功能和服务区域不同的问题。按照建设和管理单位划分，CORS可分为以下几类。

①国家（政府） 这类CORS都是由国家机关建设和管理，例如，测绘、规划和地震部门，主要提供公益服务、研究和基础建设服务。

②公司 这类CORS由测绘或工程公司建设，都是一些小区域CORS或临时CORS，基本上都是在短时间、小范围内为自身提供测量服务。

③军队 军队的CORS是采用专网专线和自身的控制点进行建设的一类系统，保密性非常高，一般供军队测量和导航定位使用。

民间组织 民间组织的CORS是由科学研究机构或组织团体采用各地各个级别的参考站，通过通信系统构建的一种科研或公益性的CORS，例如，IGS服务组织。民间组织的CORS一般都是公益性的，且对加入其CORS网络的参考站要求较高。

2)根据服务区域和级别划分

该分类方法是根据CORS服务区域的行政级别、范围大小以及建设管理单位的行政级别划分，其划分方法与行政区域的界定由密切关系。

①临时CORS（微型CORS） 微型CORS多用于小范围工程施工测量、建筑物变形监测等领域，一般要求实时或近实时地提供优于cm级的定位服务。其特点是参考站间距较小，一般不超过20km。其系统中心的规模小，数据传输系统一般为专用网络。

临时CORS和微型CORS多采用RTK技术，服务对象一般局限在小范围内的工程测量、工程检测、设施运营等用户，较为经典的有隔河沿大坝外形的变形监测系统、水布垭大坝碾压车精密监测系统等项目。

②城市级CORS 城市级CORS是指在一个城市范围内建设CORS，主要为城市建设和规划提供服务。服务范围覆盖整个城市和某些城市周边地区，以提供空间定位服务为主，其他服务为辅，系统可伸缩性好。目前，我国大多数已经建成的CORS都是城市级CORS。

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第2章 CORS原理及技术支持

③省区域的COSR 省区域CORS是指在全省（区）范围内构建CORS网络，实现为全省各个单位提供各种多元化的实时或事后空间定位服务一以及其他GPS相关服务，服务范围覆盖全省（区）。省（区）级CORS一般由若干个城市级CORS组成。某些省市针对某个区域（例如，长三角、珠三角）建设的CORS，其结构和功能与省级相同。目前我国建立的省级CORS有广东CORS和江苏CORS。

④国家级CORS 国家级CORS由国家相关机构进行组织和协调，经过评估和论证后选择结构稳定、位置合理、通信可靠的省级参考站作为国家级别的参考站，组成国家级的CORS。[9]国家级CORS各个参考站的距离较大，站的密度远低于省级CORS，不直接提供高精度网络RTK解算服务，可提供亚高精度空间定位服务，例如美国早期国家CORS提供GPS增强服务系统（WAAS）。可以向专业部门提供数据下载服务、数据后差分解算和空间定位服务、地球板块运动监测和地震预报等服务。

另外，还有一类介于省级和城市级之间的大区域级CORS，是城市级到省级CORS的过渡，专门针对某个特定的经济区域或行政区域，如北部湾经济区CORS.

3)根据服务类型划分

根据CORS提供的服务类型进行分类，该划分方法比较模糊，界定的标准也有多种，根据目前CORS提供服务的情况，可以划分以下几种。

①广播实时DGPS型 最典型的是中国RBN/DGPS系统，提供dm级到m级的DGPS差分定位，用户不受限制，也无用户管理，服务海洋测量用户和港口轮船入港。

②网络实时服务型 目前我国大多数CORS都属于该类，通过网络为用户提供高精度差分定位服务，用户需要进行注册受统一管理，系统也能控制用户的服务范围。

③数据下载服务型 该类CORS提供参考站数据供用户进行差分解算、气象服务和地球板块运动研究等服务，最典型的是IGS。

必须说明的是，目前很多CORS在服务方法上并不是单一的，很多CORS都包含以上服务方法中的两种甚至三种，因此各个CORS不是单一归于以上分类中的某一类。此外，还可以根据服务用户类型、解算方法和差分数据格式等进行划分。

2.3.2 各级CORS关系

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目前，CORS分类中，按照行政级别或区域划分是最通用的较科学的划分方法。根据我国目前情况，一般是先建设城市级CORS，然后由城市级CORS合并为省级CORS，而国家级CORS则是根据需要抽选省级CORS中符合建设要求的参考站组成，最终合并成国家级的CORS。

国家级CORS 地区CORS1 地区CORS2 地区CORSn 城市CORS1 城市CORS2 城市CORS3 城市CORSn 参考站1 参考站2 参考站3 参考站n

图2.1 各级CORS关系

2.4 CORS网络的技术支持

目前国际上主流的CORS技术包括虚拟参考站技术(VRS)、主辅站技术（MAC）、FKP技术和综合内插技术（CBI）四种，同时由多个单参考站组成的联合单参考站差分解算技术属于有限的网络RTK技术。

2.4.1 VRS技术

1）工作原理

Trimble公司提出的VRS是基于多参考站网络环境下的GPS实时动态定位技术。VRS技术就是利用地面布设的多个参考站组成GPS连续运行参考站网络，接收卫星信号并传送至控制中心；同时，移动用户在工作前，先向控制中心发送一个概略位置坐标，控制中心根据移动用户工作位置，综合利用各个参考站的观测信息，建立精确的误差模型，整体改正GPS的轨道误差及电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发送给移动站。相当于在移动站附近模拟产生一个物理上并不存在的虚拟参考站(VRS)的观测数据，与移动站间进行载波相位差分改正，实现实时RTK。由于VRS位置通过流动站接收机的单点定

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第2章 CORS原理及技术支持

位解来确定，故虚拟参考站与移动站构成的基线通常只有几米到十几米。

其工作示意图如下图：

图2.2 VRS工作示意图

2.4.2 MAC技术

1）工作原理

主辅站(MAC)技术是由Leica公司提出的基于全网整体解算模型的GPS实时动态定位技术。它要求所有参考站将每一个观测瞬间所采集的未经差分处理的同步观测值，实时地传输给中心控制站，通过中心控制站的实时处理，计算得到基准站网范围内的误差改正模型，产生一个称为FKP(区域改正参数)的误差改正数播发给流动站。为了降低参考站网网络中的数据播发量，使用主辅站技术来播发区域改正参数。主辅站技术是从参考站网以高度压缩的形式，将所有相关的，代表整周的未知数水平观测数据，如弥散性的和非弥散性的差分改正数，作为网络的改正数据播发给流动站。它选择距离流动站最近的一些有效参考站作为单元进行网解，发送主站差分改正数和辅站与主站改正数的差值给流动站，流动站用户可以对接收到的网络改正数进行加权改正，最后得到精确坐标。主辅站(MAC)技术本质上是区域改正数(FKP)的一种优化。 其工作原理图见图: -20-

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图2.3 主辅站概念（MAC）图

2.4.3 FKP技术

FKP技术技术又称区域改正技术，是由GEO++公司Gerhard Wuebenna博士提出的全网整体解算模型，这是一种动态模型。它要求所有参考站将每一个瞬时采集的未经差分处理的同步观测值实时传回数据处理中心，通过数据处理中心实时处理，产生一个称为FKP的空间误差改正参数，然后将这些参数通过扩展信息发送给服务区内的所有流动站进行空间位置解算。系统传输的FKP能够比较理想地支持流动站的应用软件，但是流动站必须知道相关的数学模型，才能利用FKP参数生成相应的改正数。为了获取瞬时解算结果，每个流动站需要借助一个被称为“Adv盒”的外部装置内置解译软件，配合流动站接收机实现作业。[10]

由于采用FKP算法的用户需要附加解译设备，所以FKP解算的保密性非常好。但是，使用比较复杂，对用户流动站要求高，因此普及率低。目前，全世界只有极少数地区采用FKP技术进行差分解算。

2.4.4 综合内插技术（CBI）

综合内插技术（CBI）是武汉大学提出的CORS建设技术。CBI技术的特点是利用卫星定位误差的相关性计算各参考站上的综合误差，并发送到用户。用户根据此误差和自己的位置内插算出用户的综合误差。系统中心与用户只需要单向

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第2章 CORS原理及技术支持

通信，但是用户需要增加解码设备。

这种解释方法简单可靠，性能稳定，单向通信可以实现解算，可以采用电波发送的方式，但是需要用户端有解算设备。目前，这种技术还处于评估阶段，未大规模推广。

2.4.5 联合单参考站RTK技术

联合单参考站差分解算技术是有限的网络RTK技术，通过区域内的多个参考站构成的非有机网，在多个参考站联合覆盖范围内为用户提供差分服务，其基本差分算法与常规RTK算法相同。联合单参考站是最早的CORS。

联合单参考站作业是，用户将概率坐标发送到数据中心。数据中心通过概略坐标选用最近的参考站，并将最近参考站的差分数据发送给用户，即以最近的参考站为参考站进行载波相位差分测量。

与常规RTK相比，联合单参考站有以下特点：

① 在多个参考站覆盖的范围内，基本可以在任何地方接受网络差分服务。 ② 多个单参考站进行联合差分服务，在某些服务重叠地区可靠性较高。 ③ 选择最佳参考站进行差分，避免了接受多个站的差分信息的情况。 ④ 采用数据中心到流动站点对点的无限网络通信方式，没有受到电波、距离、地形和环境等因素的影响，可以实现较长距离的RTK。

由于只采用一个参考站进行差分解算，单参考站的解算精度和系统可靠性不及多参考站联合解算的网络RTK，但是单参考站CORS也有其自身的优势，如建设费用较少、管理成本较低，施工周期短、建站要求不高，可以随时升级扩展等。

随着CORS技术越来越成熟，联合采用单参考站进行解算的方法越来越少，一般只在县一级或者某个小区域范围内采用。

2.5 几种CORS技术精度比较

根据上述几种CORS技术特点，下面从解算精度等7个方面对它们作一个比较。CORS技术对比：

表2-1 CORS技术对比表

内容 解算精度 解算稳定性 兼容性 VRS 高 高 高 MAC 较高 较高 高 FKP 高 非常高 低 联合单参考站 一般 一般 很高 -22-

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最少基站数 保密性 建设经费 普及率 3 高 高 高 2 高 高 一般 3 很高 一般 低 1 低 较低 很高 注：综合内插技术（CBI）还未普及使用，因此不做对比。

① 解算精度 解算精度是指各CORS测量时获得固定解的时间和固定解的稳定程度。

② 解算稳定性 解算稳定性指在进行CORS测量时获得固定解的时间和固定解的稳定程度。

③ 兼容性 兼容性指该CORS测量解算获得的差分格式对各种品牌和型号的流动站的适用性。

④ 最少基站数 最少基站数是指该CORS测量所需能够提供数据的参考站的最少数目。

⑤ 保密性 保密性是指作业过程中差分数据或最终定位数据的保密程度。 ⑥ 建设经费 建设经费是指要实现该类CORS技术解算，进行建设所需的经费数量。

⑦ 普及率 普及率是指目前全球各CORS在网络RTK应用中采用的各网络RTK技术的占有率。[11]

CORS的各种解算技术是通过网络RTK软件实现的。目前，市场上最流行的网络RTK软件包括Trimble GPSNet、Topcon Topnet和我国南方测绘的Venys等。这些软件都是以网络RTK解算为核心，通过各种组合算法来实现CORS的各项服务功能。

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第3章 CORS的精度分析及误差研究

第3章 CORS的精度分析及误差研究

通过实验对比CORS、全站仪、GPS测量方法在不同环境下（高层建筑、树下、空地、道路）对其精度的影响。并分析测量误差来源和实际观测手段。

3.1 GPS静态观测校园控制点

3.1.1.实验内容

1）测区范围

本测区位于东经118°30’、北纬39°37’附近。测区位于路南区，学院路以东，新华西道以南，卫国路以西，国防道以北。测区内为教学区，地势平坦，建筑物以及树木较多，通视条件较差。本次实习在测区内布设GPS控制点，构建一个D级GPS网，满足测量需要。

2）实验目的

采用GPS静态测量技术，在河北联合大学内布设一个控制网。具体内容包括：技术设计、选点、外业观测计划、外业观测、数据传输及格式转换、基线解算、网平差、成果质量控制、技术总结。

校内的四个点位于科技楼楼顶、理工食堂门口、二教东边路口、足球场南边、视野比较开阔，便于观测，行人不是很多，利于观测。

首先，选好控制点，以备静态测量使用。然后通过GPS接收机对所选的控制点进行测量，观测两个时段。外业结束后，运用HDS2003数据处理软件进行内业计算，得出每个控制点平面坐标和高程。

3.1.2已有成果资料

具体利用资料如下： 1）技术设计书一份；

2）测区周边的C级GPS控制网点两个（会展中心点、南湖公园点）：

表3-1 已知控制点坐标表

点名 会展中心 南湖公园 X 471994.7820 471701.6280 Y 4387852.7186 4386198.7730 H 21.598 13.710

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3.1.3作业与技术要求

本实验指向如下国家和行业标准规范：

1）《全球定位系统（GPS）测量规范》（CH 2001-92）； 2）《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ 73-97）； 3）《城市测量规范》（CJJ 8-85）.

3.1.4坐标系统、高程系统和时间系统

1）平面坐标采用北京54坐标系，3°分带、中央子午线118°30′。 2）高程系统采用1985国家高程基准。 3）时间系统采用北京时间或UTC时间系统。

3.1.5 D级GPS控制点的布设

1）GPS网的踏勘、选点

本测区共有4个待测点，联测起算点C级GPS控制点2个，分别是HZZX（会展中心）NHGY（南湖公园）。

选点前，应调查搜集测区已有地形图和控制点的成果资料，把控制点展会在地形图上，然后在地形图上拟定布设方案，到测区进行现场踏勘，实际核对和修改点位。GPS点位的选择应符合:

①为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10°~15°高度角以上不能有成片的障碍物。

②为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。

③为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。

④为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。 ⑤测站应选择在易于保存的地方。 网图如图所示：

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第3章 CORS的精度分析及误差研究

图3.1 GPS控制网网图

2）GPS点的埋石

在现场踏勘选好的点位进行埋石，采用铜芯铸铁作为标志，尽量利用测区已有的埋石标志，避免重复埋石，以防使用错误。

3.1.6 GPS静态测量外业观测及观测数据资料的处理

1）GPS外业观测

本次实习的GPS控制网采用GPS技术静态观测方法施测。 采用设备：

3台中海达双频GPS接受机（标称精度5mm+1pmm·D，D以Km计）， 1台中海达单频GPS接受机（标称精度为5mm+1pmm·D，D以Km计）。

表3-2 GPS接收机的技术指标见下表：

接收机类型 双频或单频 标称精度 ≤(10mm+3ppmp*d) 观测量 载波相位 同步观测接收机数 ≥2

表3-3 GPS测量作业的基本技术要求见下表：

卫星高度角 有效观测卫星数 15°

＞4 平均重复设站数 ＞2 几何图形强度PDOP值 ＜10 60min 时段长 数据采样间隔 10s 2）GPS观测及作业要求

GPS接收机的检验：一般检视；通电检验。

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河北联合大学矿业工程学院

①采用边连式观测，以任意两个已知点为外部起算数据，对校园指定控制点进行静态观测，观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，保证同步观测同一卫星组；

②每一时段开机前，作业员要量取天线高，并及时输入测站名，天线高等信息。关机后再量取一次天线高作校核，两次量得的天线高互差不大于3mm，取平均值作为最后结果，记录在手薄中。仪器工作正常后，作业员及时逐项填写测量手薄中的各项内容；

③观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人为和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号；

④接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机；雷雨过境时应关机停测，并取下天线，以防雷电；

⑤记录雨，晴，阴，云等天气情况；

⑥每日观测结束后，应及时将数据转存到计算机上，确保观测数据不丢失，同时应进行当天的基线计算。 3）GPS控制网的数据处理

①新建项目

点击“项目菜单”下的“项目属性”子菜单，设置项目属性。项目细节的内容都会显示在网平差报告中，控制网的等级很重要，在数据处理过程中的许多检验都是根据不同的网的精度有不同的设置。详细精度指标请参考《全球定位系统（GPS）测量规范》。

②导入数据

选择“项目”菜单下的“导入”功能的导入数据菜单，准备导入ZHD格式。将弹出数据类型选择窗口，列出了各种能加载的数据格式，目前，软件能支持的格式除HDS2003自定义的格式（如*.ZHD，*.HDH文件）以及标准的RINEX格式之外，还支持Trimble、徕卡以及国内的南方公司等其他几种格式。

③坐标系统设置

在进行网平差设置之前，应检查坐标系的设置是否正确。通常情况下，国内用户选择的坐标系椭球为北京54， 用户需要专门设置中央子午线、x和y方向的加常数等。坐标系的设置可在工具菜单下的坐标系管理中进行。

④文件转换RENIX格式 ⑤基线解算

加载完网图以后，点静态基线处理设置，然后处理全部基线，点基线右侧的列表查看处理情况，列表中出现“！”则表明基线没有处理合格，需要删除不好的卫星，处理完毕以后一次进行搜索重复基线和搜索基线闭合差。

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第3章 CORS的精度分析及误差研究

⑥网平差

先进行网图检查看网型是否连通，然后点平差设置选择二维平差加高程拟合，修改站点坐标后即可进行网平差。

⑦输出平差报告，处理结果的质量分析和控制。 4）外业观测数据检核

重复基线边较差的检验

1）同一条GPS基线边若观测了多个时段，可得多次基线边的观测结果，同一条基线边任意两个时段结果的互差不宜超过下式的规定：

2）同步环各坐标分量闭合差的检验

采用单基线处理模式，对于采用同一种数学模型获得的基线解，由其同步时段若干基线组成的同步多边形环的坐标分量相对闭合差和全长闭合差应满足：

nWx??5nWy??53nW同??5

式中n为多边形的边数，σ为GPS网相应级别规定的观测精度。 3）异步环各坐标分量闭合差的检验

由若干条独立基线边构成的异步闭合环，其闭合差应符合下式规定：

Wx?3n?，Wy?3n?， Wz?3n?，W异?33n?

式中n为多边形的边数，σ为GPS网相应级别规定的观测精度。

异步环多边形闭合差的大小，是基线向量质量检核的主要指标。如果闭合差超限，应及时分析原因，对其中部分成果进行重测。

基线处理采用标准参数解算，采用其它技术参数解算的基线以文本文件说明。

3.1.7 数据处理结果报告 1）坐标系统

坐标系统

坐标系名称:中国-北京-54 唐山

椭球长半轴 a：6378245.000000 椭球扁率 f：1/298.300000

投影名称:高斯三度带投影

尺度:1.000000 投影高:0.000000 X加常数:0.000000 Y加常数:500000.000000 平均纬度:000:00:00.000000N

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中央子午线:118:30:00.000000E

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2）主要结果

二维平差 平差参数 迭代次数：2

网的参考因子： 0.9995

ｘ向平移： -33.6249米 ｙ向平移： -59.7090米 比 例： -28.1921ppm 旋 转： -0.0918秒

表3-4 最终坐标平差值

点名 x 中误差 (m) HZZX 4393273.8670 已知点 NHGY 4386198.7730 已知点 ZX01 4387630.1075 0.0046 ZX02 4387423.6755 0.0035 ZX03 4387681.4933 0.0028 ZX04 4387852.7186 0.0023 y 中误差 (m) 471994.7820 已知点 471701.6280 已知点 470123.3823 0.0028 470335.5622 0.0023 470562.6270 0.0029 470177.5033 0.0023

正高(m) 中误差 (m) 21.6100 已知点 13.8280 已知点 21.0504 0.0722 22.1605 0.0720 23.1814 0.0721 59.8637 0.0720 平面中误差 已知点 已知点 0.0054 0.0042 0.0040 0.0033

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