基于CORS的移动水位测量和遥报系统的可行性研究

摘　要：阐述了基于CORS的移动水位测量和遥报系统的可行性，对研究中遇到的问题和关键技术进行了总结。

关键词：水位测量； 参考站； 可行性； 研究
1.引言
　　目前国内水位测量和遥报系统多基于固定水位站，没有考虑到汛期水位监测机动化、自动化及其遥报的需要，难以满足汛期对堤防监测频率、精度和自动化程度的要求。
    现在国内许多城市都建立了GPS连续运行参考站(CORS)系统，并可通过Internet访问其VRS服务器获得GPS差分修正(RTCM格式)。而大多数普通GPS也支持RTCM差分修正输入进行DGPS的测量。本文提出了基于CORS的移动水位测量和遥报系统，既满足精度的要求，又可实现移动水位的测量、发送以及水位信息的综合管理和呈现；可在大的洪水期、突发事件以及河系间联合调度过程中及时的采集重点位置上的水位和堤防变化信息，为洪水推进速度和方向的分析和预报，以及领导层的科学决策提供可靠的信息保障。具有可行性和实用性。
2.连续运行参考站及其特点
　　连续运行GNSS参考站(Continuous Operational Reference System简称CORS)也称为永久参考站，是由一个或若干个固定的连续运行 GNSS 参考站组成，将卫星导航定位技术、现代计算机管理技术、数字通讯技术和互联网技术集于一体的系统。该系统可全天候实时地向不同类型、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GNSS观测值(载波相位，伪距)，各种改正数、状态信息，以及其他有关GNSS信息的服务。
　　与传统RTK技术相比较，CORS具有独特的优势：
　　(1)具有跨行业特性，可面向不同类型的用户，不再局限于测绘领域及设站的单位与部门；
　　(2)可同时满足不同需求的用户在实时性方面的差异，能同时提供RTK、DGPS、静态或动态后处理、及现场高精度准实时定位的数据服务；
　　(3)能兼顾不同层次的用户对定位精度指标要求，提供覆盖米级、分米级、厘米级的数据。
　　CORS各参考站同时将差分数据发送到CORS数据处理中心，数据处理中心利用BEST-CORRECT数据处理技术对接收到的差分信息进行综合优化处理，通过GPRS/CDMA 网络同步发送给移动台设备，实现多基站网络CORS环境下的RTK作业。
　　         
　　天津市CORS的工作原理
    在天津，GPS连续运行参考站网的网络RTK测量的内符合精度平面位置优于0.012 m，空间三维位置优于0.023m：外符合精度平面位置优于0.014m，空间三维位置优于0.028m；在系统整个覆盖范围内可以得到高精度的RTK定位结果，精度分布相对均匀。距基站距离近的点位位置精度总体优于距基站距离远的点位位置精度，但无论如何，在其覆盖区内，天津CORS系统均能够实时的提供厘米级的平面和高程定位解。
天津CORS的平面和三维定位精度空间分布图如图2所示。
                             
　　天津CORS的三维定位精度空间分布图
    网络RTK检测点获得固定解的时间变化较大，同一点的不同时段获得固定解的时间也不同，最少时只需要14s，而最长时却要325s。根据精度检测外业记录，可以初步判定影响获得固定解时间的主要因素取决于流动站所用的通信链路的工作状况。一旦初始化完成，只需要1s观测即可达到上述精度，但为安全和避免粗差，建议进行3～5s的RTK测量。更长时间的RTK观测对提高精度并无实际意义。
　　天津CORS的上述性能为移动水位测量系统实时厘米级高精度定位提供了条件。
3.系统的构成
　　系统主要包括：野外采集单元和中心处理单元。如图3所示。
　　
　　中心处理单元
　　3.1野外采集单元
　　由于采用CORS测量系统，所得坐标为WGS-84坐标，要将其转换为实际需要的1954年北京坐标系，保证野外测量数据与指挥中心接收到的数据一致。
数据发送参数的设置
　　 由于采用NMEAN-0183数据格式，数据序列长度较长，为提高数据发送效率和确保通讯的可靠性，在数据发送时，对发送数据进行了格式重定义。
　　 数据格式的定义明确了测量的时间、对象以及测量点的格式，这为后续指挥中心后台调度和数据管理提供了很大的方便，指挥中心可以根据对象、位置和测点个数很方便的提取这些数据，并绘制相应的图形。
通讯协议
　　在通讯方面，采用GPRS通讯，它是指挥中心接收野外数据、实现指挥中心和野外端信息交流的关键，也是移动水位测量系统的特色所在。因此，通讯的畅通与否，直接影响着该系统的正常工作。
　　为了确保通讯连续畅通，需要在中心端和野外端间建立GPRS通讯协议。
　　3.2中心监控系统
　　中心监控系统主要完成内业数据的显示、处理、存储、调用和回放等功能。
　　对利用GPRS实时传送来的观测记录，系统将直接录入到数据库管理系统中。
用户可根据时间、监测点点名等信息对数据库中的数据进行索引。
4.系统测试
　　在不同环境下的通讯试验表明，数据通讯流畅，即使在数据采集过程因操作失误出现网络断开，手簿也给出了提示功能，并依据网络通讯协议以实现网络的重新链接，确保了客户端与服务器的实时连接。
　　野外手簿软件设计的数据采集、滤波、坐标转换和高程转换、数据发送等功能模块在试验中得到了检验。检验结果表明：手簿软件具有操作方便，数据处理有效且精度较高，通讯链接无误，数据发送误码率低等特点，完全可以投入实际生产需要。
　　中心客户软件整个测试期间，无通讯中断现象，数据传输以及外业端与客户端间通讯通畅；有效的消除了误码问题的影响；对每个历元观测结果实现了正确识别和判断。
　　实验中，数据库能够正确的实现了新进记录的追加和正确存储，存储格式正确；能够正确的实现数据的索引和断面图的重现；能够根据用户需求，可实现随机的数据库存储和调用。
5.结论
　　通过实际测试，基于CORS的移动水位测量和遥报系统在稳定性、可靠性以及适用性等方面满足了水位移动测量的需要，其作业模式有别于传统水位测量模式，是一种全新的水位监测模式，其监测方法具有全天候、机动性、高精度等特点，是当前水位监测方法的有力补充。经过实践的检验，其测量精度满足规范要求的精度指标。
参考文献：
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