基于重庆市GPS综合服务系统进行实时获取地方坐标测量方法探讨

肖勇 ，吴寒，高翔，夏定辉，张黎

(重庆市地理信息中心，重庆 401121)

1 前 言

目前全国大部分连续运行卫星定位服务系统即CORS 系统作为城市空间数据的基础设施建设，其基本仅直接提供WGS84 坐标实时获取服务，若需获取实时服务则有两种常用方法:一是在移动站手簿上设置相关坐标系及WGS84 与地方坐标系间的转换参数;二是将实时获取的WGS84 坐标发送指定服务中心进行处理。这既违背保密规定，又必备相关实施的前提条件，同时浪费人力、财力、严重影响了作业效率。

重庆市GPS 综合服务系统(简称“CQGISS”)［1，2］已为重庆的现代化时空基准体系，从2006年开始已经为高效率、高精度、实时动态地获取空间位置信息提供服务，为充分发挥CQGISS 的作用，直接满足用户的需求，既保证空间基准服务质量，又需要符合国家基础测绘成果保密的要求。由此在CQGISS 基础上扩展开发“基于VRS 技术的重庆GPS 实时测量平台”进行实时获取地方坐标测量的探索并完成试验，它拓展城市参考站网络的服务方式。本文深入分析CORS 之VRS模型的工作原理，开展了在满足参数保密条件下的实施获取地方独立坐标的方法探索。

2 CORS 之VRS 技术的工作原理

虚拟参考站VRS(Virtual Reference Stations)技术就是利用多个参考站组成GPS 连续运行参考站网络(CORS)［3，4］，综合利用各参考站的卫星观测数据，通过建立相应误差模型来修正相关误差，在收到流动站请求后在其附近产生一个虚拟参考站VRS，由于虚拟参考站通过流动站用户接收机的单点定位解来确定，因与流动站构成基线一般只有十几米，流动站接收CORS 平台发布的差分电文如CMR、RTCM23、RTCM30 进行改正，即可获取厘米级的坐标解，从而实现RTK 服务。其基本工作原理主要分为两个部分:一是系统服务部分，计算中心通过各参考站实时的GNSS 原始观测数据，实时解算并建立误差模型;二是流动站将自身位置坐标通过无线移动数据链路(如GPRS、CDMA)传送给数据控制中心，控制中心在流动站附近位置创建一个虚拟参考站，通过内插得到虚拟参考站各误差源影响的改正数，并通过CMR、RTCM23、RTCM30 等电文传输给流动站，使之RTK［5］定位达厘米级如图1所示。

图1 基于VRS 的流动站差分工作原理图

3 基于CORS 系统之VRS 模型实时获取地方坐标成果的探索

3.1 研究地方坐标系参数对坐标转换精度的影响

地方坐标系一般包括参考椭球、高程投影抵偿面、中央子午线，北东偏移量等参数。笔者首先以某城市坐标系为例，研究高程投影抵偿面、中央子午线、北东方向偏移量调整后再计算转换参数，探索该方法对坐标转换精度的影响，如表1所示。

表1 同名点

将该地方坐标系的高程投影抵偿面、中央子午线、北东方向偏移量等实施改变形成一个虚拟坐标系Z，变化量分别为:△H、△L、△N、△E，重新计算转换参数T。再采用虚拟坐标系Z 和转换参数T 完成坐标转换，最后进行坐标比较，如表2所示。

表2 坐标转换较差表

通过一系列实验看出，地方坐标系参数在一定范围进行变化时，尽管变化量较小，也足以使转换参数改变较大，尤其是旋转量，但对坐标转换结果的影响较小。经过分析:尽管坐标系参数发生变化会导致转换参数较大变化，但在手簿进行差分运算时，可能会导致程序判定转换参数不合理而使运算结果错误。经过测试在天宝GPS 手簿计算时，如果旋转参数太大，其测量成果与计算机理论计算成果较差达十多厘米。

要解决旋转参数变化大的问题，笔者探索将地方坐标Z0 与虚拟坐标Z 同一个点的空间坐标差值△计算出，并将此差值△改正到VRS 的坐标值中，从而改善了旋转角度过大问题。

3.2 实时获取地方坐标的系统实现

在目前CORS 系统下实时获取地方坐标成果，可从以下3 个方面着手，一是更新CORS 系统处理中心建立中心化网络RTK;二是流动站手簿植入可保密服务含参数的专门测量程序;三是在流动站与数据中心之间进行技术改进。

以重庆市GPS 综合服务系统为基础，从CORS 的核心入手，通过编程建立实时服务平台在坐标系参数和转换参数保密的前提下实时获取地方坐标系成果，对流动站与计算中心之间进行改进。在流动站与CORS 计算中心之间进行数据交互过程的进行流程改进。在重庆CORS 系统的计算中心和流动动站之间，增设一个中间服务器，分别与服务器和移动站实现双向数据通讯，通过对它们之间的通信信息解码，获取与调整VRS 的坐标(X，Y，Z)。通过将地方坐标Z0 与虚拟坐标Z 同一个点的空间坐标差值△与对VRS 的坐标进行纠正，形成一个新的VRS1 的坐标(X－△x，Y－△Y，Z－△Z)，将VRS1 反馈至通信中，由流动站手簿进行配合相应虚拟坐标系参数和转换参数以实现实时获取独立坐标系成果，原理如图2所示。

图2 改进后流动站差分工作原理图

以此原理采用关系数据库、ArcSDE 空间数据引擎建立可实现对空间信息的集成管理，严格遵循数据层/逻辑层/表现层的三层体系结构，提供参数管理、数据处理、电文编码解码、用户监控、用户管理等功能，既满足用户对平面和高程定位成果的实时需求，又满足管理部门对用户管理的要求的建立实时服务平台［6］，其设计架构如图3所示。

图3 平台设计总体框架

4 试验探索

为探索实时地方坐标测量的可靠性，笔者在重庆市的都市区、渝东北、渝东南3 个区域以2012年重庆市现代基准［7］成果为依据分别进行都市坐标系、渝东北坐标系、渝东南坐标系进行实时测量实验，其总体分别范围如图4所示:

图4 实验区域分布

在重庆市整个区域范围内从2012年4月～2012年11月，笔者组织相关人员及测量单位分别采用天宝、徕卡、南方等公司的网络RTK 功能接收机进行实验，完成2 752点位实验，分别采用真参数和虚拟参数两种方法同时测量，获取各自地方坐标系成果，然后坐标较差比较，统计出不同区域不同电文格式的实验测量精度，如表3～表6所示

表3 都市区实验1012 点坐标较差均值表

表4 渝东北实验830 点坐标较差均值表

表5 渝东南实验910 点坐标较差均值表

表6 实验总体精度统计表

该实验数据表明:该方法能够实现在重庆市区域的实施地方坐标测量，对于不同的电文格式的效果基本没有差异，同时对不同的接收设备均兼容。其既实现了坐标系参数和坐标转换参数的保密，又可使测量成果精度是满足相关规范要求。

5 结 语

本文通过重庆市GPS 综合服务系统运行原理剖析，实现数据流程的改变，在VRS 坐标信息作适当的改变，在不改变本系统的运行核心软件的前提下，使用户不能获取WGS84 的真实坐标，同时在流动站手簿上设置配套的伪虚拟参数，实现了在不发布真参数的情况下获取地方坐标系，又可极大提高了用户作业效率，同时又能够广泛应用，本文所做的探索推动CORS 系统的向更深入领域应用，可为其他CORS 系统推广应用借鉴。

［1］罗灵军，徐永书，夏定辉等．重庆市连续运行卫星定位综合服务系统(CQGISS)建设［J］．测绘科学，2007(6):164～166．

［2］张黎，徐永书，夏定辉．重庆市GPS 综合服务系统的网络建设［J］．全球定位系统，2009(1):54～57．

［3］谭志彬，戴连君，过静君．北京市全球卫星定位综合应用服务系统［J］．测绘通报，2004(8):38～40．

［4］郭万里，张永，王小刚等．城市GPS 连续运行参考站网(CORS)应用综述［J］．PEARL RIVER 人民珠江，2008(1)．

［5］高磊，杨艳锋，董国桥．对昆明市GPS 参考站升级为GPS/GLONASS 双星系统后RTK 测量的分析研究［J］．城市勘测，2009(1):52～55．

［6］夏定辉，周玉清，高翔等．基于VRS 技术的重庆GPS 实时测量平台建设实现［J］．地理空间信息，2011(6):46～52．

［7］杨本廷，谢征海．浅谈重庆市现代测绘基准体系建设［J］．城市勘测，2013(6):70～72．