0引言

实时动态测量技术（Real-Time Kinematic，简称RTK）以其能够在野外实时得到厘米级定位精度的特点，被广泛应用于物探测量中。随着科学技术的不断发展，RTK技术已发展到了广域差分系统，很多区域已经建立起CORS系统，在数据传输方面也有了长足的进展，电台传输发展到现在的GPRS和CDMA网络传输，大大提高了数据传输效率和范围。石油行业标准SY/T5171-2011《陆上石油物探测量规范》中将RTK的作用距离从原来的20km修订为50km，为RTK新技术应用于石油物探测量提供了技术依据[1]。使用新技术，我们需要先了解其原理、优缺点，验证其否满足施工需求。

1基本原理

1.1 常规RTK

常规RTK是采用单基站，无线电台传输差分信号的RTK施工方式，以区分RTK新技术、新方法。其基本原理是取一个点位精度较高的控制点安置卫星接收机作为基准站，对卫星进行连续观测，并将接收的卫星信号在确定基准站的空间坐标后即时与该点的已知坐标进行对比校正，通过无线电数据链将校正值实时发给流动站，流动站不仅通过数据链接收来自基准站的信息，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行处理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度，达到实时精确定位。在GNSS卫星状态良好的情况下，流动站的工作效率主要取决于差分信号链的稳定性，常规RTK由于受电台发射功率及外界干扰的影响，流动站距离基准站的有效作用距离有限。

1.2 CORS

连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS），是利用全球卫星导航系统GNSS，计算机、数据通信及互联网技术，在一定区域内以一定间隔建立的长年连续运行的若干个固定GNSS参考站组成的网络系统。CORS系统由参考站子系统、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[2]。CORS是在一个较大的区域内均匀的布设多个参考站，构成一个参考站网，各参考站按设定的采样率连续观测，其不直接向流动站发送改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通信系统实时发送给控制中心，系统控制中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个数据进行解算，实时估算出网内的各种系统误差改正项，获得本区域的误差改正模型。同时，流动站在工作前，先通过无线网络向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户的位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信息，整体改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信息发给流动站。这个差分信号的效果相当于在流动站旁边，生成一个虚拟的VRS参考站。

1.3 新型数传电台

新型数传电台是指利用GPRS或者CDMA网络传输方式替代常规RTK无线电数据通讯方式。GSM(Global System for Mobile)是一种使用拨号方式连接的电路交换数据传送方式，这种方式每次连接都需要8-10秒的登录连接时间，信号较差的地方，等待时间更长，不适合用来传输RTK差分信号。GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，特别适用于间断的，突发的或频繁的、少量数据传输，GPRS具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输等优点，在RTK GPS的测量中，用GPRS进行数据的传输室最合理、最经济的一种方式[3]。CDMA是码分多址（Code Division Multiple Access）的英文缩写，其技术上具有良好的抗干扰性及抗衰耗性。随着现在3G、4G网络业务的发展，无线网络数据传输越来越稳定、迅速，提供给我们选择的方式越来越多。

2 CORS的应用

2.1 CORS的优点

CORS可以大大提高测绘的速度与效率，降低劳动强度和成本，技术上具有许多先进性。与常规RTK施工方式对比，主要有以下几个优点：

(1)使用CORS进行施工，用户不需要在自己架设基准站，不需要购买控制点成果，也节省了布设控制网的时间。

(2)CORS施工时，RTK流动站与VBS站构成非常短的基线，其消除与卫星有关的误差效果比传统RTK要好很多。

(3)在修正与信号传播有关的误差时，CORS是应用整个网络的信息来计算电离层和对流层的复杂模型，而常规RTK在消除电离层残差影响时只进行非常简单的修正。

(4)CORS的流动站可采用GPRS或GSM数据传输，信号稳定，初始化更迅速，在部分建筑、树林区域也能进行正常施工。

2.2 HBCORS的测试

目前全国很多省份都已建成省级CORS系统。湖北CORS项目建设工作于2009年正式启动，2010年12月底建成。由湖北省测绘局组织实施，湖北省气象局、湖北省地震局参与合作共建，共建立了覆盖全省范围的80个连续运行参考站和1个固定监测站，参考站位置分布如图1。

图1 HBCORS参考站构网图

使用HBCORS，需要先申请HBCORS账户，得到批准后才能使用。流动站设备需要具有网络通讯功能，能够拨号上网，登录CORS系统服务器获取差分数据，我公司采用的是手簿外接蓝牙手机方式进行网络通讯。这种方式是将蓝牙手机作为一个调制解调器用来上网，手簿与手机蓝牙配对后，在手簿上新建拨号，设置拨号参数建立连接。在取得湖北省测绘局技术支持后，2012年9月进行了HBCORS数据采集对比测试。我公司在2001年在江汉平原布设了江汉平原高精度B级网，并通过了国家测绘西安大地数据处理中心检核认证，公司历年江汉平原地区勘探测量工作的首级控制都是以此为基准，所以对比测试的目的就是检验使用HBCORS的测量结果与此控制网已知成果的符合性。选取了江汉平原B级网中8个均匀分布的点，用HBCORS对上述9个点进行观测，获取实测点的WGS84坐标和B级网点成果对比结果见表1，其中较差结果为了更直观显示差值，已经转通过大地换算，转化成米。采用江汉平原B级网七参数，将HBCORS测量成果转换为北京1954平面坐标，与已知点北京1954坐标对比结果见表1。

表1 HBCORS测量结果WGS-84成果对比表

通过对比结果可以看出，坐标差基本在10cm之内，最大一个17cm。参照石油行业标准中相关复测检核限差要求，改用HBCORS施工，成果与原成果的符合度可以满足江汉平原地区石油物探测量的要求。

3 新型数传电台的应用

3.1新型数传电台的优点

常规RTK测量在应用中最大的问题就是差分数据传输距离，常规数据电台一般是使用PDL电台，这种传输方式受天气、时段、地形等影响，对测量数据传输，交换数据的速度和质量有着密切的影响，特别是在高大建筑物、树林、山区等环境中，常常遇到链接信号缺失不稳定的情况，流动站初始化困难，这就需要架设转发站或基准站搬迁，极大增加了测量人员的工作量，严重制约了测量工作的进度。采用新型数传电台，只要有手机信号，就可以进行RTK作业，极大提高了测量效率。应用网络数据链进行差分数据的传输，有以下几个优点：

1）作业范围不受距离限制，只要有GPRS或CDMA信号覆盖的地方就能作业。由于考虑到地球曲率及电离层改正等因素，石油行业测量标准中限制了RTK流动站到基准站的距离不得超过50km，所以在实际作业中流动站距离基准站的距离不得大于50km。

2)基准站选择更加灵活。使用常规电台在基站选择时，既要考虑数据链作用范围能够覆盖测区，又必须同时顾及基准站发射条件。而新型数据电台有效控制范围为50km，需要建站个数大大减少，如果测区内手机信号稳定，只需考虑基站顶空观测GNSS卫星条件即可，不在需要考虑电台发射条件。

3）网络数据链更稳定。常规无线电电台数据链在作业过程中时常受到电台稳定性、电源、外界无线电干扰、地形、建筑物屏蔽等因素的影响，新型网络数据链系统的稳定性依托于完善的中国移动、中国电信通讯网络系统，出现故障的概率极低。

4）劳动强度方面，此方式给测量作业人员减轻很大的负担。网络传输模块耗电量小，不再需要携带较大电瓶进行施工作业。差分信号稳定性不受距离因素的限制，极大减少了搬站次数，尤其在二维、大剖面施工中，施工效率的提升，最为明显。

3.2新型数传电台的测试

数传电台在无线网络测量应用的研究，是基于电子技术、Internet技术、GPRS无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术于一体的系统。数传电台在网络测量包括3个部分:控制中心,参考站和流动站。

1)控制中心。控制中心是整个系统的核心。是计算中心、通讯控制中心,数据处理中心，该单元运行模块控制软件，通过宽带网络将基准站数据转发到流动站模块，需要有固定IP。

2）参考站。参考站是固定的GPS RTK发送系统,将实时差分信号通过模块， 上internet ，将数据发送到数据中心。

3）流动站。接收机通过数传模块连接控制中心,并接收中心的差分信号,生成厘米级的位置信息。

2013年，公司组织了科研小组，按计划，分阶段进行了关于新型数传电台引用到RTK施工的各项工作。对比各种网络传输方式后，决定采用的是GPRS网络传输方式，分析了GPS针脚定义、CMR等数据格式的头文件及编码。通过网络及电话咨询，寻找并购置了适合的DTU数传模块，自制了DTU模块与GNSS卫星接收机的连接线。合作开发了上位机控制软件《GPRS远程监控系统》，软件界面见图2。

图2 GPRS远程监控系统界面

GPRS数传模块的测试安排在当时山西正在施工的一个石油勘探项目中进行，分别进行了精度与距离的测试和成果可靠性测试。流动站距基准站从10km到50km进行数据采集测试，得到的测量精度和作用距离的统计表见表2。

表2 GPRS传输方式 RTK测量精度对比表

从上面结果可以看出，作用距离在35km之内时，收敛精度比较稳定，超过35km后，增幅较为明显，在50km附近时，平面收敛精度达到0.06m，高程收敛精度达到0.11，此收敛精度也能够满足石油行业标准SY/T5171-2011《陆上石油物探测量规范》中关于RTK测量的平面收敛精度0.10和高程收敛精度0.15的限差要求[1]。另外进行了测量成果对比，选取控制网中2个相距24.3km的两个已知点，其中一个点架设基站，另一点用流动站连续存点20次,各次与均值对比结果见表3。

表3 GPRS传输方式RTK测量内符合性对比表

从上表看出多次测量结果是比较稳定的，各次测量值与平均值较差：平面最大为5cm，高程最大为7cm。各次观测值互差：平面最大互查8cm，高程最大互查10cm。

平均值与已知成果坐标进行对比结果见表4。

表4平均值与已知坐标对比表

多次测量结果的平均值与已知值最大较差2cm，与控制点已知坐标符合的很好，可以满足物探测量需求。

4 RTK质量控制

RTK误差来源可分为四大类：

1）与卫星有关的误差。主要包括卫星的轨道误差和SA影响以及时钟模型误差。

2）与接收机有关的误差。主要包括接收机的时钟误差、位置误差、天线相位中心偏差以及几何图形强度误差。

3）同传输途径有关的误差。主要包括电离层延时、对流层延时以及RTK特有的数据链传输误差。

4）与测站有关的误差。主要包括测站坐标的精度、数据转换模型的科学性、作业方式以及多路径传播误差。

GNSS系统本身的误差虽然对点位的定位结果有很大影响，但用户无法控制，只能采取一定的措施加以消除。对于电离层折射的影响可以采用双频技术以及同步观测值求差法加以消除，或加入改正模型加以削弱；卫星星历误差和卫星钟差可以在平差模型中采用先进的算法加以削弱。只要采用先进的测量仪器设备和优秀的系统模型均可以削弱和消除系统误差对定位成果的影响[4]。CORS系统中RTK作业质量控制，主要从CORS系统设置、作业方法、辅助观测方法检测等方面进行。流动站发送NMEA记录的HDOP大于10或跟踪卫星少于5颗时忽略记录，继续等待符合要求的NMEA记录，并在此期间不输出任何信息。

5 结束语

CORS是一种新的作业方式，给测量工作带来了极大的便利。但CORS系统提供的是CGCS2000国家大地坐标系，目前石油物探需要提供的坐标格式为北京1954坐标，需要有当地的坐标转换参数才能进行坐标变换。在进入一个新地区施工，要先对本地的CORS进行数据采集测试，成果对比符合要求后方能使用。使用CORS需要支付额外的服务费和网络通信费，在密集的三维石油物探测量施工，应采用传统RTK或基于GPRS网络传输RTK方式进行作业。在二维勘探或大剖面施工，测线稀疏，工区跨度大，基站使用率较低，此时可采用CORS施工方式，可省去频繁的基准站搬迁工作。我们重视新技术，但不能盲目追求新技术，应综合考虑工作实际情况，合理选择最佳的方式，必须怀着谨慎的态度，做好对比测试,验证其可行性。

参考文献

[1]SY/T5171-2011陆上石油物探测量规范[S].

[2]胡文雄.CORS技术应用探讨[J].测绘与空间地理信息，2012,35(10):97-99.

[3]郑飞舟，王家宁.浅谈GPRS模块在RTK测量中的应用[J].硅谷，2011(13):150.

[4]苑庆中，宋黎民.RTK测量成果质量的分析探讨[J].测绘与空间地理信息，2013,36(9):122-123.