浅谈CORS系统的原理与应用

PAGEPAGE8题目：浅谈CORS系统的原理与应用专业：测绘工程【摘要】:科技的进步使得CORS技术越来越成熟，应用越来越普及，在测绘工作中的作用也越来越重要。至今为止，CORS技术已经被广泛的应用于城市GPS之中。本文就CORS技术的一些发展现状、应用情况，详细阐述了CORS的应用并对其进行分类阐述，同时对CORS在城市工程建设中的应用进行具体阐述。通过分析，提出国内CORS存在的几个主要问题，并对我国CORS进行展望。【关键词】：CORS；原理；应用；问题；展望目录引言 41、国内外CORS的发展现状与研究意义 41、1国内CORS的发展现状 41、2国外CORS的发展现状 41、3建立CORS系统的必要性 42、CORS系统的技术概述 52、1CORS系统的定义 52、2CORS系统的组成 52、3CORS系统的工作原理 52、4CORS系统的技术优势 63、CORS系统的应用 63、1CORS系统的应用领域 63、2CORS在控制测量中的应用 73、3CORS在城市规划及监督测量中的应用 74、国内CORS系统存在的一些问题 74、1商业化程度低 84、2标准统一问题 84、3网点稀疏与重复建设问题 85、CORS的展望 86、结语 8致谢语 9参考文献 9英语翻译 10引言现代科技的不断进步，使得CORS技术不断进步、不断完善，它是新一代高精度的的卫星导航定位系统，它逐渐用于大地测量，工程测量，控制测量，地形测量等一系列测量科技领域，跟水准仪，经纬仪，全站仪，等这些传统测量工作所使用的仪器相比，它具有工作效率高，定位精度高，全天候工作，功能多，用途广，观测之间可以无需通视，操作简便等优点，在地形测量中，可以避免全站仪，因通视条件不好时多次支站所带来的缺点；在水准测量中，弥补了水准仪因高差太大而多次转点的缺点；在工程测量中，放样点所能达到厘米级，完全能够满足一般工程所要求的精度，不用支站就能放样，大大的提高了工作效率，大大缩短了测量工作量。所以很受广大爱好者们的热烈支持与选用，下面让我们来了解CORS系统。1.国内外CORS的发展现状与研究意义1.1国内CORS的发展现状为了国家经济建设和技术发展的需要，我国对CORS系统的建设加大力度。2003年，首先拥有CORS系统的是深圳市，全国许多城市也相继开始建立城市甚至省级的CORS系统，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；已建成区域级的有广西北部湾经济区；省一级已经建或正在建设的系统有江苏省。截止2010年3月福建省连续运行卫星定位服务系统（FJCORS），已建成30个参考站[1]。国内许多其他行业也已经相继建立CORS网络，其中比较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[2]。随着CORS系统的广泛使用，根据不同用户的需要，渐渐建立起从动态到高动态，从准实时到实时，从米级、分米级、厘米级到毫米级精度的城市基础信息服务体系，同时建立起了城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架，这是测绘基础的目标，也是建立实时空间位置信息层面上的数字化现代城市的基础[3]。CORS在各个领域中占据越来越重要的地位，在测量中已全面运用到工程测量、房产地籍测量、线路测量、地形图测量、放样、建设用地勘测定界等[4]。1.2国外CORS的发展现状美国是最早建立起CORS系统的国家，发展的最快，居世界首位。目前美国国家CORS网络688个站，合作CORS网络一百四十个站；拥有14个永久性跟踪站的是加拿大主动控制网系统，此外还拥有12个西部变形监测站和20个区域主动控制站；欧洲大陆，由连续观测高精度的GPS/GLONASS接收机构成的若干站组成了欧洲坐标参考框架建立的基础，其中由德国国家测量部门联合德国测量、运输、建筑、房屋等部门协调统一，建立了一个长期连续运行的，覆盖德国全国的多功能差分GPS系统，由200个永久性GPS跟踪站组成，平均站间距40km。亚洲地区比较成熟的网络是日本的GEONET，日本国家地理院GSI从上个世纪90年代开始布设用于地壳应变监测的COSMOS系统，主要用于控制测量、建筑及工程测量、地震监测和预报，到2005年已经完成了1200个连续运行参考站[5]。1.3CORS技术的重要性由于网络技术的迅速发展,CORS技术也得到了巨大的飞跃。CORS系统的建立很大程度上的提高了测量的精度和效率，同时还减轻了劳动强度，降低了费用。CORS基准站的建成，基准站的连续运行，从而拥有了具有永久性控制点的网络。CORS目前,我国许多省会级城市或者经济发达的大城市都已经拥有或者准备建立自己的CORS系统。CORS技术在测量中是一次技术的革新，它不仅改变了传统的测量方式，同时能够实时提供高精度的定位，在控制点互不通视的条件下远距离传输三维坐标。但是，目前CORS的应用在我国仅仅是单位分散、独立使用，这样造成了大量的反复引进和重复使用，导致资源的浪费，并易制约CORS技术产业的发展。为了更合理有效地使用CORS技术，差分CORS连续运行参考站系统的选址估测范围就成为了最重要的一环。应用CORS技术的测量工作相对传统测量工作的优势有：更快捷、更准确、更可靠、更节省。2.CORS的技术概述2.1CORS的定义连续运行卫星定位服务系统(ContinuouslyOperatingRefeenceStations)，是利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)等技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位，伪距)，各种改正数、状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统[6]。工作上无时间的限制，不用依靠传统控制网，使用者仅需使用一台接收机，便可进行高效率的测量工作。鉴于CORS技术相比传统测量技术，拥有更高精度、更高可靠性、更低成本费用、更低工作负担，其在城市测量中，得到越来越重要的地位。2.2CORS的组成如图2-1，CORS系统由基准站网子系统、数据处理中心子系统、数据通信子系统和用户应用子系统四部分组成[7]。各基准站由通信系统串联，形成一个分布于整个城市的专业网络。图2-1CORS系统组成示意图2.3CORS的原理传统RTK（即GPS实时动态定位）野外作业时，需架设一台本地的参考站，借由与流动站之间的无线电通信系统，把参考站接收到的伪距、载波相位观测值和参考站的一些信息，如仪器高、参考点精确坐标等都通过通信系统传送到流动站，流动站再将基准站传送过来的数据以及从卫星中接收到的数据一并进行处理，便可得到所测量点号精确的坐标值。但传统RTK也存在一些缺陷，如随着作业距离的加大，定位精度会逐步降低，甚至无法满足精度要求；仪器设备繁多，沉重等。针对这些缺陷，诞生了网络RTK，即CORS。CORS与RTK的系统原理相似，简单而言，CORS系统具有一个或众多固定的永不断电的基站，用户单单通过使用流动站便可测量并导出所测数据。CORS工作原理如图2-2所示。图2-2CORS工作原理2.4CORS的技术优势传统GPS—RTK测量方式是在测区内有高等级GPS控制点或国家大地坐标点的基础上建立的，通过反复的架设参考站来导出下级控制点或导线点，从而使整个区域内的测量工作得到完成。CORS系统工作时拥有一个完全不同的方式，当测区控制点太少甚至没有的情况下，CORS系统仍能建立起工作区域的起算基准，而在外业工作环境适宜RTK工作时，不存在随着搬站令误差不断累积的问题。其主要优势体现在：①为许多区域和不同用户提供了一个统一的标准，并解决了各个用户之间因为坐标系统不同而带来的诸多问题；②设备简便。传统RTK在每次外业测量工作开始时，都要架设基准站，这就使得每次外业出工时所要带的仪器设备大大增加，增加了测量人员的负担。以实习单位为例：使用传统RTK需携带两个三脚架、三把花杆、一个电台、一个电瓶（此物最重，一般有三四十斤）、一台基站、两台流动站、以及大量连接线；而CORS仅需携带一把对中杆，一台CORS仪器即可；③减小粗差。传统RTK由于每次工作都需架设基准站，这就使得人为粗差的概率大大增加，而CORS只要在测量时仪器高不搞错，基本就无粗差的存在；④效率更快。传统RTK基站覆盖的范围有限，随着距离增加精度越来越小，这就要求在测区范围较大时，测量人员必须不断搬动基站，而CORS基站覆盖范围极大，只要在此范围内就无此顾虑；⑤做点校正方便。做点校正时，CORS只需单枪匹马上场即可，而传统RTK则要把基站搬来搬去，相当麻烦。3.CORS系统的应用3.1CORS的应用领域CORS技术在各个领域的应用极为广泛，例如：国防建设、测绘工程和生活娱乐等等。再对这些应用进行分类，并对各类应用范围进行细化，则可得下表：3.2CORS控制测量中的应用用架设基站进行外业测量时，需要测站与测站相互通视，这就使测量人员在测量时限制了测量范围和增加了测量的繁琐性，重复工作和工作环境就大大降低了工作的效率。除此之外，测量得到数据精度不可靠，对一些隐性的误差存在无法发觉，无法再现场将其解决。而GPS静态在进行控制测量时，虽无需测站之间通视，只要工作环境符合其作业要求即可，但所搜集的数据却需要时间对其进行处理，而且无法实时定位并知道定位精度，甚至，在内业处理后发现精度无法满足要求时，只能回到现场进行重测。CORS技术的出现高精度测量的同时还不需要布设各级控制点，测量员可以直接在移动站快速并高精度的测量控制点的坐标。3.3CORS在城市规划及监督测量中的应用

传统的测量仪器测量时，即浪费时间，又浪费人力，且在作业过程中测量人员的工作负担很大，所采集的数据精度也不可靠。而应用CORS技术测量时，仅需一个人携带一台接收机即可，省时省工，且精度可靠。并且，CORS在工作时可将测区的范围线、线路的走向、起终点坐标等输入手簿中，即加快测量工作的速度，又能得到高精度可靠的数据。因此，城市中的RTK测量逐渐被广泛应用。4.国内CORS存在的一些问题CORS系统还存在诸多问题和缺点。信号强度不够。在网络信号差的测区或者植被覆盖茂密的地方，CORS的信号强度远远不如传统RTK，这就使得测量效率大大减小；机动性不强。CORS测量时只能在基站覆盖的区域，超出此区域则无法进行测量工作，传统RTK则能自由设站搬站；使用成本高。CORS基站每年的维护、使用时耗用的电量等较大，成本较高。其次，不同应用领域甚至地区的CORS网络都是独立运行的，未形成统一的网站系统，因此，数据的共享受到了阻碍，同时也未能最大限度地利用CORS技术。此外，建设运行的技术标准化也是一个急需统一认识和解决的问题。我们的技术标准应既是满足行业需求的，又是可以升级为满足区域和国家需求的，同时还是可以与国际标准接轨的。由此而突显出来的问题，主要表现在以下几个方面：4.1商业化程度低

CORS发展中的一个问题是跨领域应用难和服务项目少。目前，我国各个地区CORS的主要应用领域仍然是测绘和地球板块运动研究（地震预测）领域，极少应用在其他领域，主要原因是没有一个实现商业化运行的服务体系。当前，我国各个地区CORS一般都由当任测绘职能的事业单位来建设和管理，没有实现商业化。为了推动CORS的发展，一些地区已经开始注意服务体系的建设，包括数据共享、用户分级管理和用户收费、信息发布、技术支持等项目，逐步完善CORS服务体系。4.2标准统一问题

CORS从产生到发展，由于依托的GPS测量和应用技术比较成熟，总体情况是好的。但是，不同的国家、公司以及研究机构采用不同的方法和技术生产的CORS软硬件产品，也出现一些标准不统一的问题。使通信数据链不兼容，数据和存储格式不一致，导致一些硬软件设备不兼容，出现了资源浪费、组网麻烦和效率低的现象。这引起了各国政府、研究机构以及公司的注意，经过协商采用了权威研究机构制定的NMEA0183通信协议；采用了在世界有影响力的大公司的CMR+、RTCM3.0差分数据格式；采用国际统一制定的RINEX格式存储的GPS数据，逐步统一CORS技术标准。4.3网点稀疏与重复建设问题CORS的网点稀疏是指由于各部门之间的行业化，建设目标单一，未能实现该技术在国民经济建设的全部设想。CORS的重复建设指某个区域内同时存在几套互不关联的CORS的情况，这在我国和发达国家都存在。这种问题主要是由于行政管理不规范或市场竞争的无序而导致的。这不但造成浪费，更重要的是多套CORS造成不同的坐标基准，违背了统一区域测绘基准这一原则。解决这个问题，需要政府加强统一管理，运用行政和商业手段进行协调。5.CORS的展望在网络技术迅速发展的今天，CORS技术逐渐呈现出规模化和服务实时化的趋势。CORS系统建立的前提是不同地区或者行业的网络系统实现连接，从而达到数据共享和交换的目的。目前我国CORS网络的建立已在各个省市初具一定规模，但在整体上还存在着不同程度的不足，其发展将在今后由各个省市建立好的局部CORS升级为国家级CORS[8]。网络热议普遍提出对CORS技术完善的几点建议：（1）国家CORS建设与管理应明确主管部门。（2）“中国CORS”建设规划有待具体。（3）资源共享和网络一体化研究建设应加强。（4）CORS建设标准和规范应尽快制定。（5）自主研发CORS数据处理软件有待发展[8]。（6）高精度实时定位接收机及相应软件研发。定位服务实时化是CORS技术呈现的另一个重要的特征。原始数据实时传输是CORS实现服务实时化的重要支持。CORS在不同应用中使用，这就对其解算成果的精度有不同的要求。如果需要得到高精度的成果则需要更多数据支持；如果要得到更稳定的精度则需要长时间的接收数据。因此，如何在更短的时间内获得更高、高稳定精度将是COSR未来一段时期发展的方向。总而言之，全国CORS网络的建立与运行应该朝着统筹规划、目标综合、区域平衡发展、标准执行、达到数据共享、网点均匀、服务广泛、效益高于投入的方向发展[9]。6.结语长期以来，我们的测量工作只是局限于经纬仪、全站仪、常规RTK进行作业。这种作业模式的弱点是：作业效率不高、劳动强度大、精度分配不均、可靠性差。即使是利用固定基准站和多个移动站的方式，也会受到信号覆盖的距离问题，这就会要求作业人员多次摆设基准站，如果在一个范围大的测区，作业工作量和难度将大大增加。而CORS技术的出现对于测量人员来说无疑是个福音，在城市乃至国家，只需要架设一定数量的永久基准站，就能覆盖一个较大的区域，下次外业工作的时候就无需在选址架