浅谈GPS静态测量、RTK及CORS的基本原理

浅谈GPS静态测量、RTK及CORS的基本原理

唐占友

辽宁城建设计院有限公司辽宁省抚顺市113000

摘要：GPS测量技术以其高精度、高效率、便捷的优势在专业测绘领域中得到较为广泛的应用，本文阐述了GPS技术在测绘工程中的3种基本工作方式及其原理，并对这3种工作方式在应用中的差异进行了简要说明。

关键词：GPS静态测量GPS-RTKCORS

引言

GPS是英文GlobalPositioningSystem的缩写,其中文简称为“全球定位系统”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统,其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。经过20多年的研究,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座布设完成。

由于和传统测量技术相比,GPS技术受通视条件、能见度、气候、季节等各种客观因素的影响要小得多,在许多传统测量技术无法到达的地区,GPS技术基本上都能轻松地进行快速、高精度的测量作业。因此,GPS技术在测量技术领域拥有无法比拟的优越性。

1、GPS静态测量的基本原理

GPS静态定位包括静态绝对定位和静态相对定位。

1.1静态绝对定位（测码伪距定位）

静态绝对定位是在接收机处于绝对静止状态下，确定测站的三维地心坐标。定位所依据的观测量是根据相关测距原理测定的卫星至测站间的伪距。由于定位只需要一台接收机，速度快、灵活方便，且无多值性问题等优点，广泛用于低精度测量和导航。

1.2静态相对定位（测相伪距定位）

静态绝对定位由于受到卫星轨道误差，接收机钟不同步误差，信号传播误差等影响，精度较低。而静态相对定位采用载波相位观测技术，削弱了上述定位误差的影响。精度达到10-6-10-7.是目前GPS测量精度最高的一种方法。广泛应用与大地测量，精密工程测量和地球动力学研究。

我们所说的静态测量一般指的就是静态相对定位。在进行GPS静态测量时,认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止的,在数据处理时,将接收机天线的位置作为一个不随时间改变的量,通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中,GPS静态测量的具体观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测,时间由40分钟到十几小时不等。

由于此方法效率相对较低,由此衍生了GPS快速静态测量法,该方法是基于FARA算法的定位方法，与确定整周未知数常规方法相比，所需要的观测时间大大缩短，当两站相距10km以内，则仅仅需要几分钟的观测数据，就可以求得整周未知数，且精度与常规静态相对定位精度大致相当。对于一般工程对测量精度的要求,GPS快速静态测量法完全可以满足工程的需要。因此,GPS快速静态测量法得到了广泛的应用。

2、RTK技术的基本原理

RTK是英文RealTimeKinematic的缩写,翻译成中文为实时动态测量技术。RTK技术的基本原理是,取点位精度较高的首级控制点作为基准点,安置一台接收机作为参考站对卫星进行连续观测,流动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据,随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况,根据待测点的精度指标,确定观测时间,从而减少冗余观测,提高工作效率。

RTK系统的组成。RTK系统主要由基准站接收机、数据链及移动接收机三部分组成。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号,其中一台安置在已知坐标点上作为基准站,另一台用来测定移动站(未知点)的坐标。基准站根据该点的准确坐标求出其他卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站,移动站根据这一改正数来改正其定位结果,从而大大提高定位精度。它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。

3、CORS的基本原理

当前,利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位参考系统(ContinuousOperationalReferenceSystem,缩写为CORS)已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成,各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体,形成专用网络。

CORS系统可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站,利用现代计算机、数据通信和互联网技术组成的网络,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、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。

4、GPS静态定位、RTK及CORS在工程应用中的差异

虽然GPS静态定位、RTK及CORS在工程测量中都有应用,但是它们的侧重点又有所不同。GPS静态定位测量法的精度要明显高于其它二者,主要应用于各级控制网的布设。RTK及CORS主要应用于控制网下面的加密测量,相对于GPS静态定位测量法位置的固定不变,RTK及CORS则显得灵活多变。RTK和CORS相比较而言,RTK需要架设基准站,同时需要提供发射电台及蓄电池,因此,同样数量的接收机,CORS的工作效率明显要高于RTK,而且在野外作业的时候,CORS需要的设备少,相对来说更加方便。然而,由于CORS网布设的局限性,在某些测区内CORS的信号很差,从而给外业测量作业带来一定的影响。

结束语

最初设计GPS的主要目的是导航、收集情报等军事目的。但后来的应用开发表明，GPS不仅可以达到上述目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级至毫米级的静态定位，米级至亚米级精度的动态定位。在测绘领域，GPS定位技术已经应用于建立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数，在精密工程的变形监测方面也发挥着及其重要的作用。GPS技术的发展，带动了测绘技术的进步。在具体的实践过程中，它的应用方式也是多种多样的。我们相信，还有更多的方法技术等待我们去探索、应用。

参考文献

[1]徐绍铨，张华海，杨志强.GPS测量原理与应用.武汉：武汉大学出版社，2010.

[2]郑廷隆.单基准站RTKGPS实时定位基本原理及应用[J].吉林地质,2010,01.

[3]赵永亮.浅谈CORS系统的应用与发展[J].中小企业管理与科技,2011,04.

[4]陈俊勇,党亚民.全球导航卫星系统的进展及建设CORS的思考[J].地理空间信息,2009,06.

[5]吴北平.GPS网络RTK定位原理与数学模型研究[D].中国地质大学,2003.