电子应用论文发表SDCORS与GPRS通讯模块的比较应用

　　摘要：通过对比SDCORS 与GPS RTK GPRS通讯模块在外业测量过程中的差异，从施工组织、生产效率与精度评定等多方面进行对比，阐明SDCORS和GPRS通讯模块在南水北调临时用地复垦线路测量过程中发挥的积极作用，作为成功经验，可供同行参考。

　　关键词：SDCORS,GPRS通讯模块,南水北调,临时用地复垦,条带测量,方法及应用

　　引言

　　GPS RTK技术是一种集合了GPS动态定位技术和无线电通讯技术而发展起来的一种新型的定位技术[1]，但对于特殊的工程如南水北调临时用地复垦这种狭长测量中仍存在它的局限性。南水北调临时用地复垦由于测量路线长(上百公里)、窄(测宽五十米至二百米之间)作业速度快和小组的相互交接使工作进度缓慢。这主要是因为GPS RTK工作过程受以下几方面的制约：一是接收卫星数量，基准站以及流动站必须同时接收相同的四颗以上的卫星进行观测;二是对GPS接收机的性能要高，且机内要有先进的数学模型，能确保30公里左右的基线进行正确整周未知数的求解;三是数据链的性能要好，传送距离要远，能正确无误的将参考站的数据发送到30公里以外;四是根据无线电传播的规律，参考站和流动站离地面要有一定的高差;五是参考站和流动站之间应没有山体、楼群之类的遮挡，另外作业区域内还不能存在强烈的电磁波等干扰。GPRS通讯模块是新一代GPS RTK 辅助设备，借用GPRS网络完成基准站与流动站之间的数据传输。

　　CORS翻译成中文为“连续运行参考站网络”，是利用全球导航卫星系统、计算机、数据通信和互联网络等技术，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若干个固定参考站组成的网络系统。可以提供多种精度的、满足各类用户需求的定位和导航服务，同时也建立了区域高精度的测绘基准。VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送改正信息，而是将所有的原始数据发给控制中心。移动站在工作前，先通过无线通讯功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，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。

　　SDCORS项目是根据《全国基础测绘中长期规划纲要》和《山东省基础测绘“十一五”规划》的要求，由山东省国土资源厅主导组织建设的，本着“共建共享”的原则，与山东省气象局签署了合作协议，共同投入建设，同时整合全省的已建CORS站点，构成全省统一的高精度、高时空分辨率、高覆盖、实时快速的卫星定位连续运行综合应用服务网，是“数字山东”的基础设施之一，是山东省防灾减灾综合信息系统的重要组成部分。2011年2月24日，SDCORS系统通过了山东省国土资源厅组织的以中国科学院陈俊勇院士为组长，中国工程院宁津生院士和刘经南院士为副组长的专家组评审。

　　下面就以南水北调临时用地复垦勘测定界测量中长距离测量为例来比较说明使用SDCORS与GPRS通讯模块在施工过程中的优缺点。

　　1 工程概述

　　该工程为南水北调临时用地复垦工程，线路总长约250km，途径地有丘陵、平原，并有多条大型河流及高速公路、国道穿越。该工程的建设解决了山东省全省水资源匮乏以及全省水利优化配置调度问题，对于促进沿线地方经济发展，增强周边地区水资源的利用，都有着积极的推进作用。为了实现南水北调2013年通水的目标，遂进行该临时用地复垦勘测定界测量。

　　2 任务要求及工作方案

　　2.1 临时用地复垦勘测定界测量任务要求

　　2.1.1 确定临时用地范围;

　　2.1.2 调查临时用地使用情况以及各地块的利用情况;

　　2.1.3 调查临时用地范围内的行政村界;

　　2.1.4 临时用地范围内的地形测量;

　　2.1.5 测量精度要求：由一个参考站迁到另一个参考站时应对两个已知点进行检核，检核限差：Δs≤0.2m;Δh≤0.1m。

　　2.2 使用GPS RTK 配合GPRS通讯模块时工作方案

　　2.2.1 仪器配备及人员安排

　　根据单位现有仪器情况，选用6台徕卡SR530(RUSH)双频GPS接收机，仪器标称精度：

　　静态： 平面：3mm+0.5ppm*D;

　　动态： 平面：10mm+1ppm*D;高程：20mm+1ppm*D

　　采用1(基准站)+2(流动站)GPS RTK作业模式，以基准站为中心分A、B两组同时作业，A、B两组负责确定各临时用地范围以及调查临时用地的使用情况和行政村界的测量以及1:2000地形测量;两组作业人员各在参考站两侧进行独立作业。

　　2.2.2 布设首级GPS控制网

　　本工程设计中对全线路进行了首级控制网测量，按照GPS D级施测相邻点间平均边长保持在5-10km。

　　2.2.3 临时用地调查和地形测量

　　根据GPS RTK技术的工作特点和仪器的有效作业半径，以基准站为中心，按路线走向约20km为一测段，A、B两组依次向前推进的工作方式。

　　一切安排准备就绪后发现实际工作过程一切正常，虽然时间处于夏天，农作物又以高杆作物为主，遮挡物多，但由于南水北调主河道工程已经基本完成，因此，紧邻河道两岸的临时用地情况不是很复杂，只是间或有些临时弃土高度超过五米，A、B两组共用一个基准站，流动站接收机接收无线电信号正常，但在流动站离开基准站距离超过十公里之后后仪器初始化时间有所延长;其次因为基准站两侧的临时用地面积不一，分布不均匀，两作业小组工作进度不同，一个小组完成一测段后必须等待另一小组完成后才能迁站，特别是遇到当天不能完成的测段，第二天刚开始工作就要等待迁站，不能按照预期的进度工作;但由于GPRS通讯模块的通讯距离加长，再加上工作量很繁杂，因此没有出现在一天内需要二次设置参考站的情况发生。

　　2.3 使用SDCORS时工作方案

　　CORS是利用全球导航卫星系统、计算机、数据通信和互联网络等技术，建立长年连续运行的若干个固定参考站组成的网络系统。在VRS网络中，根据处理中心发布的差分信号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。

　　使用该方案后拟定工作方案如下：

　　2.3.1 原先的三台仪器变为两台，利用首级平面控制得到的转换参数进行测量;

　　2.3.2 工作内容为确定勘测定界范围，调查临时用地使用情况、确定行政村界、实施1:2000地形测量;

　　2.3.3 多余人员另选地方进行上述工作;

　　2.3.4 由于增加一个工作人员，工作效率提高，工作成本降低。

　　3 方案对比与精度分析

　　3.1 方案对比

　　根据使用SDCORS和GPRS通讯模块前后的工作进度对比，两种方案的优点主要表现如下：

　　3.1.1 工作方式发生变化，SDCORS方案不需要参考站，节省了人力物力，使每一台仪器均参与工作，提高了工作效率而且直接利用均匀分布的高等级控制点求取坐标转换参数提高了大地水准面拟合精度，提高了测量精度;

　　3.1.2 两方案由于测量半径的增加，很少出现一天中两次设置参考站的问题;

　　3.1.3 GPRS通讯模块使GPS RTK有效作业半径增加，减少了基准站迁站次数，但基准站的选择仍然受到一定的限制，对于安置、收回参考站还是需要人车接送，对于交通不便的地区，相比较SDCORS仍有其劣势;

　　3.1.4 GPRS网络覆盖地面范围广，流动站接收GPRS通讯模块发送过来的基准站数据信号好，极少出现断链情况;SDCORS可能由于服务器以及虚拟参考站的处理、衔接问题，有时会出现接收不到信号的情况，尤其在地形稍微复杂的地区表现尤其明显。

　　3.1.5 GPRS通讯模块虽然减少了搬站的次数，但由于参考站两侧的进度不一，还是出现窝工现象，解决办法是当一侧完成工作量后立即驱车前往另一侧帮忙，一起将工作完成后再转换参考站重新开始独立工作。

　　3.2 精度分析

　　3.2.1 GPS RTK 作业距离对观测精度的影响：

　　从以上工作过程可以看出，使用GPRS通讯模块可以提高工作效率，但是随着基准站和流动站距离的增大，流动站的精度以基准站——流动站的距离的百万分之一点五(1.5ppm)的比率折减，由此增加的每公里额外定位误差为1.5mm，根据仪器动态测量标称精度：

　　平面：10mm+1ppm*D;

　　高程：20mm+1ppm*D，作业距离与观测精度之间关系。

　　3.2.2 坐标转换误差：

　　由于SDCORS是无缝覆盖整个测区，GPRS模块的测量半径也有20公里左右，因此，他们都是使用同一个转换参数来进行数据间的转换。唯一区别在于超过二十公里进行埋石点检核的时候，GPRS会出现固定速度变慢的情况，但由于工作时没有超过二十公里的时候，因此，两种方案的坐标转换误差基本可以忽略。但是由于地球曲率的影响以及工作速度的限制，用于求取转换参数的范围也不能太大，建议分段分区段求取。

　　3.2.3 外业采集数据检核：

　　该工程结束后使用SDCORS和GPRS模块进行部分埋石点检核测量，其误差最大值0.11m，考虑到1:2000地形测量精度，该限差在允许误差范围内，符合设计精度要。

　　4 结束语

　　GPS RTK 测量技术具有快捷、精确、操作简便、可以全天候作业、无需通视等优点，采用了GPRS通讯模块后，观测结果的精度和可靠性也很稳定，作业半径满足“一天一设站”的要求，但距离远了之后固定速度变慢，这一点在远距离检核埋石点的时候尤其明显;SDCORS的精度稳定，结果可靠，但由于服务中心处理器等原因，有时信号不太稳定，但由于无缝覆盖，且省下一台参考站也参与工作，提高效率、降低消耗、节省生产成本。因此，这两种方法各有优缺点，应根据具体项目具体分析，制定出合理的工作方案，以提高作业效率，节省外业测量费用，实现更高的价值。

　　参考文献：

　　[1] GB/T 18314-2001，全球定位系统(GPS)测量规范[S]。

　　[2] 卓科荣，唐永航。GPS RTK技术的误差分析及质量控制[J]，浙江，2005，1：17。

　　[3] 李涛，周长胜，孙磊，郑伟安。GPS RTK 配合GPRS通讯模块在管线测量中的应用。