浅谈CORS技术与大地水准面精化技术的集成运用

088国土资源导刊Land&ResourcesHerald国土资源导刊浅谈CORS技术与大地水准面精化技术的集成运用肖祥红，雷宇斌（湖南省第二测绘院，湖南长沙410119）摘要：利用区域似大地水准模型植入CORS系统,优化CORS系统三维定位的高程精度。关键词：CORS技术；集成运用0前言随着测绘科技的高速发展，CORS技术和大地水准面精化技术均已日臻成熟，因CORS技术、GPS定位技术结合大地水准面精化模型均能实时获取高精度三维坐标的功能，被广泛地运用于城市规划、交通、国土、农林环保等各个领域。CORS定位技术和GPS定位技术结合精化模型两种方式虽然均能实现实时三维定位，但高程求取的方式是截然不同的。为了更好地将CORS技术运用于国民经济建设，有必要将CORS系统三维定位的高程值精度优化。1高程定位原理1.1GPS定位技术结合精化水准面精化模型求取插值高程GPS定位技术能测定待求点的大地坐标（B、L、H），其中H为大地高，大地高与正常高之间存在一个高程异常值，如图1。其中，大地高以参考椭球面为基准面。正常高以似大地水准面为基准面，大地高与正常高存在下列的关系：大地高H=正常高+N（高程异常）精化的实质就是对某一区域，通过测定一定数据量的GPS/水准点，同时利用该区域的重力数据及DOM数据求取格网高程异常值点集所构成的吻合于地球表面的一个曲面，这个曲面通过GPS/水准高程似大地水准面和重力似大地水准面采用昀小二乘法利用多项式拟合而成。昀终求得的似大地水准面模型格网分辨率为分级，高程插值内符合精度达到1-5cm以内。待求点的高程可通过GPS定位技术测得（B、L、H）值，再通过这个似大地水准面模型格网插值获取。1.2CORS技术三维定位原理CORS技术利用GPS定位技术、计算机技术及网络传输技术，实时求取待定点的三维坐标，测量方式主要有虚拟参考站技术（NRS、VRS）、区域改正数法技术（FKP）及主辅站技术(MAX)。无论哪种方法，其实质就是利用已知的基准站点或系统的骨架控制网点，利用后方交会，通过误差改正模型，求得待定点的三维坐标，求得的待定点的高程实质就是拟合高程（如图2）。2两种求取高程方式的差别在GPS静态方式测量中，待定点的高程是通过GPS曲面拟合求得的。在这个时候将某一区域的高程异常值看作是一个均值，而事实上同一区域不同点的高程异常值都是有微小区别的，理论上讲计算方法有不严密之处。同时，因拟合高程精度跟起算点的分布位置、数量有很大关系，而在某一个CORS系统中（单基站或多基站），作为起算点的基准站数量以及骨架控制网点的数量都极为有限，因此拟合的高程精度不是太好。在精化水准面模型中，因其严密的理论和算法，以图1图2技术研究089国土资源导刊Land&ResourcesHerald国土资源导刊及精化过程中GPS/水准点控制网的优化布设，使得通过精化水准面求取的插值高程精度明显优于拟合高程。3两者集成原理CORS系统是由基准站网络、数据控制中心、数据处理中心、数据网络传输系统以及用户子系统几个部分组成。用户子系统采集的数据实时由网络传回到作为数据控制中心和处理中心的数据服务器，数据处理中心将传回来的用户数据结合基准站数据进行处理，然后将处理过的差分改正信息及坐标信息发回给用户，实现用户子系统的实时三维定位。在这个过程中，可以把水准面精化模型（计算程式）植入到数据处理服务器（或用户控制手簿）中，在数据中心发回误差改正信息的同时，传递经精化模型处理后的高程改正信息，达到实时求取插值高程、优化高程精度的效果。4精化模型的植入方式及处理精化模型其实就是一个计算程式，利用待定点的（B、L、H）值求取正常高。植入的方式很简单，就是在数据处理过程中，将精化程式嵌入到其计算过程中，在求取观测数据的改正信息时，利用求得的准确的(B、L、H)值代入程式，求取插值高程。植入的方式有两种，一种是将模型植入到用户子系统，一种是将模型植入到数据控制和处理中心。植入的方式依据精化模型数据的来源、保密类型及用户的需求而定。植入的方式不同，处理的方式就不同。若精化模型嵌入到数据服务器（数据控制中心）中，则大地高的求取是在控制中心实现的，可将观测误差信息及求取的高程异常值一同发回到用户子系统，以实现用户的实时三维定位；二是若精化模型嵌入到用户的接收机或控制手簿，则数据中心只是发回差分改正信息，而大地高及正常高的求取均是在接收系统中实现的。在这种情况下，基于对精化成果的保密，可以将精化程式与系统的转换参数在用户的控制手簿中一同加密。精化模型无论是嵌入到数据中心，还是嵌入到用户的接收系统，均能满足GPS三维定位实时差分和事后差分的条件。5两者集成运用即将建成的湖南省卫星定位连续运行基准站系统（HNCORS）是覆盖湖南省的一个高分辨率、高精度、高覆盖率的省级CORS综合信息服务网，拟建基准站93个（包括国家级基准站点）；同时，将与其他一些地方基准站点联网，站点之间的平均距离53km，确保省境内CORS信息的全面覆盖和重点覆盖，并通过网络RTK和GNSS服务平台，向全省境内提供实时三维定位和事后精密定位的服务。湖南省大地水准面精化工程于2005年由湖南省国土资源厅组织完成，采用分布在湖南省境内的5万多个重力点数据及1∶50000DOM求得重力似大地水准面，将重力似大地水准面与GPS/水准似大地水准面按昀小二乘法进行曲面拟合，昀终获取分辨率为2.5＇×2.5＇的似大地水准面模型,模型内符合精度为±3.1cm。HNCORS系统拟采用虚拟参考站技术（VRS）或主辅站（MAX）技术，时为确保实时三维定位的高程精度，可把湖南省大地水准面精化模型植入到数据控制中心，通过对用户系统发来的相位观测数据进行解算，求取用户待求点的高程异常值，然后通过网络传输系统，与GPS差分改正信息同时发往各个用户子系统，以实现GPS三维定位高程值的插值求取。6结语通过CORS技术及大地水准面精化技术的集成，能够有效提高三维定位系统中高程值的精确度，取得更准确的三维定位成果。这项技术的推广将对国民经济建设中城建、测绘、规划、国土、交通、水利等很多领域起到关键性的作用，为其提供更高标准的基础测绘保障和服务具有重要意义。参考文献：[1]王平，郑勇.VRS-GPS网络RTK技术[J].物探装备，2001(4):33-35.[2]刘亚光，欧海平.GPS网络RTK虚拟基准站技术在广州的应用前景初探[J].城市勘测，2002(2):5-8.[3]张英俊，关海鹰，刘明河.山东省CORS系统运用研究[J].科技信息，2009,11.[4]宁津生，罗志才，李建成.我国省市级大地水准面精化的现状及技术模式[J].大地测量与地球动力学，2004-2.[5]张金德，郭春喜，王斌.浙闽赣区域似大地水准面精化[J].测绘科学，2007-1.技术研究