论北斗CORS基站应用于水下地形测量的可行性

【摘要】松花江大顶子山航电枢纽工程一期工程于2007年10月竣工，是我国平原封冻河流上建设的第一座低水头横店枢纽工程，是松花江干流第一座控制性工程。大坝截流后，使水位常年保持在116.0米左右，哈尔滨市区下游的江段江面大大增宽，江道之间原有的岛屿绝大部分被淹没，增大了水下地形测量的任务量同时对图根控制点的布设提出了难题。基于上述情况，本文讨论在松花江哈尔滨段区域，应用北斗CORS基站系统替代传统RTK系统进行水下地形测量的可行性。

【关键词】北斗CORS基站；水下地形测量；优化电力系统结构

1、北斗CORS系统的简介和组成结构

北斗三星CORS服务系统，是基于卫星定位系统，将卫星定位与导航技术、计算机科学、测绘学、气象学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合。通过建立一个连续运行的永久性GNSS接收台站（也称为参考站），参考站运用通信网络实时将观测数据传送到数据中心服务器，中心服务器上运行专业的GNSS参考站网数据处理软件，可以对参考站进行管理，用户权限管、完成数据采集、分组转发、处理及分析，最后通过Internet网、GSM/GPRS、CDMA等通讯方式向各行各业测量用户提供基础性、公益性定位与导航等基础地理空间信息服务。整个系统的由基准站、网络和数据交换设备、移动站三个部分组成。基准站是一个永久连续观测的定位接收机，为整个系统提供差分信号。网络和数据交换由处理数据的工作站及发射、接受数据的网络构成，实现系统的数据传输。移动站是用于实际测量工作的接收机，进行具体的测量操作。

2、参考站的选址

考虑到我们的主要服务区域是松花江哈尔滨段，为带状区域。从上游48号航标到下游大顶子山航电枢纽工程，沿江道里程约为130公里，直线距离约90公里。选取单基站CORS即可满足需求。我站所在的正阳河测报站距上游测区边界约35公里，距下游大顶子山坝址约55公里。如果把CORS基站布设在正阳河测报站上，30公里范围能覆盖上游全部测区，下游覆盖至大亮子测报点，平面定位精度在3cm以内；50公里范围内，上游全部覆盖，下游覆盖区域距大顶子山坝址仅5公里左右，平面定位精度在30cm以内。我们水下地形测量1：5000的比例尺精度为50cm。也就是说50公里以内的平面定位精度依然满足需求。对于精度下降的5公里测区，我们可以增测一到两个图根点，用传统RTK来完成。同时我站所在的正阳河测报点综合考虑满足以下几个方面：1）所在位置易于安置接受设备且视野开阔；2）附近没有大功率无线电发射源，可以避免电磁场对信号的干扰；3）附近没有矿区、铁路等易产生强烈震动的设施；4）取水塔上及可安装固定接受天线；5）有稳定的电力、通讯系统，方便电源、因特网的接入；6）站点全天有工作人员职守，能保证设备安全；7）附近交通便利，方便进行系统检查维护。综合考虑基站覆盖范围和选址的硬性要求，在正阳河测报点架设系统参考站是非常好的选择。

3、设备的选取

卫星接收机是整套系统信号的来源，它的作用尤为重要。选取接收机应具有以下特性：1）具有性能优异的GNSS测量技术；2）快速捕获卫星；3）信噪比高，抗干扰能力强；4）有效抑制多路径效应；5）采样率可达20Hz以上，同时保持最佳观测质量和观测值的独立性；6）耗电量低；7）坚固耐用，质量全面可靠。接收机天线最好具备双频三星扼流圈的性能，用以高质量接收所有GNSS卫星发射的信号，保证亚毫米级的相位中心稳定性，消除多路径效应产生的影响，为接收机进行高质量信号跟踪和数据获取提供保障。

4、使用流程

我们在保证同等效率的情况下尽可能保持更高精度的数据采集结果，所以我们在流动站的数据精度依然需要达到厘米级精度。流动站必须使用双频RTK类型的接收机。流动站接收机均需配置手机通讯模块，通过手簿设置基于GPRS通讯方式的数据中心的IP地址。也可以通过拨打手簿设置基于GSM通讯方式的数据中心的固定电话号码。数据中心收到流动站的请求后，会根据其授权状况作出响应。此时流动站会向数据中心发送一个概略坐标，数据中心再根据这个坐标生成适合于流动站的改正信息，并将改正信息流不断的发送给流动站。这个改正信息是RTCM格式（2.0/2.3/3.0）格式。流动站解算整周模糊度固定后，即可开始测量。

5、基本要求

单基站北斗三星CORS服务系统建成后，将可达到以下一些基本要求：

1）参考站无人值守，自动运行，年运行可靠率达95%以上。2）具备双电源管理能力。在断电情况下，可依靠后备电源连续工作36小时以上；在供电故障恢复后，GNSS接收机必须能自动恢复到故障前的配置，不需要人为干预。3）在数据处理中心建成后，开通网络RTK等实时服务功能时应达到可实时传输基准站观测数据，并与控制中心实现双向通信的能力。4）根据需要可扩展建多个数据中心。5）具有网络功能，具备高速TCP/IP网络接口，支持数据中心以网页方式对参考站进行设定、控制和检测。设定包括：接收机参数；控制包括：接收机启动与关闭、接收机网络断开与连接、接收机参数的修改、数据传输控制；检测包括：接收机状态、电源状态。6）服务器软件应具有良好的用户访问控制、权限管理的功能。

大顶子山航电枢纽至今已落成九年，常年的高水位使得运用常规RTK手段进行水下地形测绘变得极为艱难，利用北斗CORS单基站系统取代传统RTK手段不失为一个灵活、高效的好办法。

参考文献：

[1]张婷，栗靖，朱大为，胡艳.CORS系统的应用现状及建立的必要性[J].现代导航.2012（04）

[2]苗长青.单基站CORS与网络CORS适用性比较[J].河北北方学院学报（自然科学版）.2012（02）

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