CORS系统的主要技术及其应用

liyf

2012 年10 月
第10 卷第5 期
地理空间信息
GEOSPATIAL INFORMATION
Oec., 2012
Vol. 10, No. 5
CORS 系统的主要技术及其应用
王刚1，童凌飞2，关颖2
(1. 广东省国土资源测绘院，广东广州510500；
2. 江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000)
摘要：论述了目前CORS 中运用的主流网络RTK 技术，从理论和实践应用两方面分析和比较了各自的优缺点，并探讨
了CORS 系统在未来智能交通中的应用。
关键词：CORS；FKP；VRS；智能交通
中图分类号：P228.4 文献标志码: B 文章编号: 1672-4623 (2012) 05-0096-03
收稿日期：2012-01-04
连续运行参考站系统(CORS) 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[1]。它是一个动
态连续的定位框架基准，同时也是实时、快速、高精
度地获取空间数据和地理特征的现代信息基础设施，一
般由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位
导航数据发布中心、用户应用系统组成，各基准站和
数据处理中心间通过数据传输系统连接成一体，形成
网络。它主要联合多基站的数据进行区域内的模型误
差计算和改正，向用户提供各种精度的差分改正信息，
实现大范围的空间位置服务，被广泛应用于基础测绘、
工程建设、区域规划、灾害预测等领域。
1 CORS 的主要技术
CORS 中主要涉及的技术包括虚拟参考站技术
(VRS)、FKP 技术、主辅站技术(MAC) 和联合单参考
站技术。
1.1 虚拟参考站技术
虚拟参考站（VRS）是由Herbert Landau 博士提出
的，并由Spectra/Terrasat 公司推向市场的CORS 理论模
型。它是一种新型的网络RTK 技术，相对传统的RTK，
VRS 中的各个固定参考站将所有的原始数据发送给控
制中心，而不是直接将未经改正的原始信息传输给用
户。它通过与流动站距离最近的几个固定参考站之间
的基线计算各项误差，采用一定的算法来大幅削弱这
些误差造成的影响。流动站在工作之前，先通过GSM/
GPRS、CDMA 等通信手段向主控中心发送一个NMEA
GGA格式的概略坐标，主控中心收到这个位置信息后，
根据用户所处的位置自动选择一组最佳的参考站，然
后根据这些参考站传回的观测信息整体改正GPS 的轨
道误差、电离层和对流层以及大气折射等引起的误差，
再通过NTRIP 协议以RTCM的格式将高精度的差分信
号发送给流动站。这个差分信号产生的效果相当于在
流动站附近建立了一个虚拟的参考基站。流动站根据
主控中心回传来的改正信息，实时的差分解算得到精
确的点定位，如图1 所示。
图1 VRS 工作原理图
VRS 技术的优势是：系统在RTK 作业半径方面解
决了距离上的限制问题，能够在作业距离上得到延伸，
成果的可靠性和精度水平、信号的可利用性在系统有
效的覆盖范围内大致均匀，和流动站离最近参考站的
距离无明显相关性。它的缺陷也是明显的，因为它是
借助改正模型来修正电离层、对流层的影响，所以外
界的影响很容易干扰到改正的效果。对于轨道误差的
影响，它只能借助其他方法来消除或者不能消除[2]。另
外，VRS 技术采用的是双向数据通信的方式，每个流
动站和主控中心交换的数据都是唯一的，这样对主控
中心的数据处理能力和数据传输能力有很高的要求，同
时在大型网络内以及在运动中支持流动站进行动态应
用方面也有一定的局限性。
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1.2 基于全网整体解算模型的FKP 技术
FKP 技术又称区域改正数技术，是由GEO++公司
的GerhardWuebenna 博士首先提出的一种动态的基于状
态空间模型的技术。该技术采用全网解算方式对数据进
行卡尔曼滤波平差处理，将所有参考站每一个观测瞬间
所采集的原始同步观测值实时地传回到主控中心，主控
中心对这些观测信息进行实时处理，计算出基准站网内
的空间误差改正数模型，产生一个FKP 空间误差改正
数，然后将误差改正数通过扩展的RTCM 信息发送给
服务网内的所有流动站，流动站根据此改正信息和自身
所处的位置的近似坐标内插出流动站坐标的误差改正
数，从而获取高精度的点定位。为获取瞬时解算结果，
每个流动站需要借助一个被称为“Adv 盒”的外部装
置，内置解译软件来配合流动站接收机实现作业[3]。
FKP 技术的优点在于当基准站受到诸如多路径反
射或高楼信号遮挡时，可以自动组成新的FKP 平面；
单向数据通信降低了用户的作业成本；采用FKP 算法
解译时需要附加解译设备，所以FKP 解算的保密性非
常好。但其使用比较复杂，对用户流动站要求高，因
此普及率较低。
1.3 主辅站技术
主辅站技术(MAC) 是由瑞士徕卡测量公司与GEO++
公司一起提出的基于多基站、多系统、多频和多信号
的非差分处理算法，是从参考站网以高度压缩的形式
将所有相关的、代表整周模糊未知数水平的观测数据
作为网络的改正数据分发给流动站。它本质上是区域
改正数FKP 技术的一种优化，它选择离流动站最近的
有效参考站解算出主站改正数、辅站与主站改正数之
差，再将它们发送给流动站，流动站予以加权改正后
获得精确的点位坐标。主辅站技术中主辅站网由5 个
基准站(A、B、C、D、X) 一个数据处理中心和一个
流动站组成，其中5 个基准站一个网络单元，A 为主
站，其他为辅站，如图2 所示。工作原理同样也是各
个参考基站向数据处理中心发送原始数据，数据处理
中心进行解算得出改正信息，并把它们发送给流动站，
流动站再内插坐标的误差改正数，达到精确定位。
辅站C 辅站相对于主站
改正数差
辅站D
接收主站改
正数(1003)
和辅站改正
数差，如进
行改正数内
插
辅站B
主站A
网处理中心
辅站X
网估计处理，包括模糊度
解算，组成相应类型的数
据，主站改正数(1003)和
各个辅站改正数差传输
Rover
图2 主辅站技术原理
主辅站技术提供的网络数据是相对于真实参考站
的，不是虚拟的。相比VRS 和FKP，它是一个真正的
网解，其优势在于它能够智能地选择网中数量充足的
参考站进行网络解算，支持单向和双向通信，减轻了
数据通信负荷，提高了工作效率，为流动站用户提供
了方便，能够对网络改正数进行简单的、有效的内插。
流动站可以获取参考站网所有有关电离层和几何形态
误差的信息，并以最优化的方式利用这些信息，增强
了系统和用户的可靠性、安全性[4]。同样，MAC 也有
缺陷，如果主参考站发生运行故障，则服务产生断裂，
需重新选择主站再连接，导致系统完备性有限。
1.4 联合单参考站RTK 技术
联合单参考站差分解算技术是有限的网络RTK 技
术，通过区域内的多个参考站构成的非有机网为覆盖
范围内的用户提供差分服务，其差分算法与常规RTK
算法相同。联合单参考站作业时，流动站用户将概略
坐标发送到数据中心，数据中心通过概略坐标选用最
近的参考站，将最近参考站的差分数据发送给流动站，
流动站以最近的参考站为基站进行载波相位差分测量，
其解算原理如图3 所示。
图3 联合单参考站技术原理图
联合单参考站RTK 的优势在于首期投入较少，管
理成本较低，施工周期短，系统灵活、安全、可靠、稳
定。但由于只采用一个参考站进行差分解算，单参考
站的解算精度和系统的可靠性不及多参考站联合解算
的RTK。
根据上述网络RTK 算法的技术特点，从解算精度、
安全性、建设经费和普及率等4 个方面对4 种算法做
了详细比较，见表1。
表1 各种网络RTK 技术对比表
内容VRS FKP MAC 联合单参考站
解算精度高高较高一般
安全性高很高高低
建设经费高一般高较低
普及率高低一般很高
从表中可以清晰地看出，相对于其他3 种技术而
言，VRS 的各项应用指标和性能都比较好。从解算的
王刚等：CORS 系统的主要技术及其应用
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精度来说，VRS、FKP、MAC 比联合单参考站要高，
它们的数据传输和解译的安全性也比单参考站高，但
是VRS 和MAC 的建设费用较高，FKP 的普及率较低，
所以在实际的生产应用中，应当结合实际情况综合考
虑，权衡利弊，选择比较优化的RTK 技术方案。
2 CORS 的应用
对于CORS 系统的应用前景，就目前看来，除了
主要的基础设施建设应用之外，向非专业测量领域推
广最具市场前景。发达国家早在20 世纪80 年代已经
开始开展了城市智能交通系统(ITS) 的研究并取得了
一定的成果[5]。中国在智能交通上起步较晚，由于智
能交通是与3S 技术紧密结合的产业[6]，所以在未来的
几年中，CORS 系统在城市智能交通系统中必将起到巨
大的作用。
在智能交通系统中，使用CORS 系统采集传感器
的精确位置信息，数据网络中心通过实时接收CORS
系统的差分改正信息以及传感器回传的观测数据来分
析和获取车辆的实时位置和速度信息，把这些信息通
过网络再实时地传回控制中心，控制中心对多种信息
融合后进行分析处理，及时以无线通信短消息的方式
反馈给车辆终端设备，使驾驶员能够实时地掌握路况
和交通信息。交通管理部门也可以通过传感器发送回
来的信息对车辆身份进行识别和管理，这样就可以避
免车辆乱停乱放、交通违章和超标排放等现象。
3 结语
网络RTK 差分定位技术是CORS 产生的原因和最
主要的应用之一。目前，网络RTK 正处在发展阶段，
功能也将日臻完善，应用领域还会不断扩大。但一方
面由于目前网络RTK 中所采用技术都不是十分成熟，
也没有统一的标准，由此带来了一系列兼容性的问题；
另一方面误差模型的生成也存在着许多问题[7]，并且
由于采用的模型不正确，实时获得的流动站点位成果
根本无法达到实际的可靠程度，所以系统的稳定性、可
靠性和保密性等方面还有待于进一步完善。
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第一作者简介：王刚，主要从事大地测量、工程测量、摄影测
量与遥感、GIS 应用研究等方面的工作。
（上接第95 页）能够为规划人员提供更加准确、可靠、
直观、便捷的决策依据。本文讨论的平台已成功应用
于湖北省电网规划中心，为湖北电网规划提供了技术
支持。平台运行结果表明，面向电网规划的GIS 集成
应用平台能够显著提高电网规划的科学性和可靠性，为
规划人员提供有效的空间分析和规划设计支持，从而
为建设坚强智能电网提供了有力的技术支持。
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第一作者简介：王韦，硕士，研究方向为地理信息系统项目管
理与技术开发。
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