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1、CORS在工程测量中的应用（坐标转换方向）摘要：随着技术的发展，人们对CORS系统的关注越来越多。本文简要介绍了CORS系统及其特点； CORS在工程测量中的应用；CORS系统得到的坐标转换到其他常用坐标系的方法。关键词：CORS；坐标转换；4参数；7参数0 引言随着GPS技术发展的越来越快，它在工程测量中的作用也越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度
2、结晶的产物。 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。1 CORS介绍1.1 CORS的工作原理CORS系统是在一个区域内布设多个永久性的连续运行GPS参考站，均匀分布构成一个参考站网，各参考站按设定的采样率连续观测，通过数据通信系统实时的将观测数据传输给系统控制中心，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统一解算，实时估算出网内的各种系统误差改正项，包括电离层、对流层、卫星轨道误差等，获得本区域的误差改正模型。然后向用户实时发送GPS改
3、正数据，用户只需要一台GPS接收机，就可以实时或者事后得到高精度的可靠的定位结果。目前CORS主要的几种网络 RTK技术有虚拟参考站（VRS）技术、主辅站技术（i一MAX）、区域改正参数（FKP）技术和综合误差内插法技术等。1.2 CORS系统组成CORS系统包括参考站子系统、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。各子系统由数据通信子系统互联，形成一个分布于整个区域的局域网。1.2.1参考站子系统参考站子系统是CORS的基准点，用于实现对卫星信号的采集、跟踪、记录和传输。主要设备应包括不间断电源、GPS接收机、计算机、网络通信系统、防雷和防电涌设备和相应软件等。1.2.
4、2数据处理中心子系统数据处理中心子系统是CORS的核心，具有数据处理、系统监控、信息服务、网络管理等功能。系统监控功能是自动监测设备状态、远程管理、故障分析与故障警视；信息服务功能是提供事后精密处理服务、坐标系高程系转换服务、控制测量、工程测量软件下载和计算服务；数据处理对基准站的观测数据进行质量分析和评价、数据综合、数据分流和数据存储，利用网络RTK技术形成差分数据并提交给用户数据中心；网络管理系统功能是监控并管理网络，防止对网络的恶意访问，并通过Intemet向用户提供httP、ftn等访问服务。主要设备包括网络设备、服务器、计算机、不间断电源等构成的内部局域网和系统核心软件组成。1.2.
5、3数据通信子系统CORS各部分的连接是通过通信子系统完成的，数据通信子系统有两部分组成，一是把GPS差分数据传送到用户系统。其通信方式主要采用GPRS或CDMA网络；二是将基准站观测数据传到数据中心，通讯方式采用数字电路或VPN网络。1.2.4用户应用子系统用户通过GPS天线接收卫星数据，通过通讯模块接收控制中心发出的差分改正数据，接收机计算出用户所在位置的坐标。用户应用系统按照应用精度可分为厘米级用户系统、亚米级用户系统、米级用户系统等。2 CORS在工程测量中的应用CORS的建立相比常规RTK测量在工程测量有着很很大的优越性，RTK测量时测区控制点的收集相对比较麻烦，有了CORS，无需再联
6、测已知控制点，只要申请相关时段的CORS数据即可。（1）可以大大提高测绘精度、速度与效率, 降低测绘劳动强度和成本, 省去测量标志保护与修复的费用, 节省各项测绘工程实施过程中约30% 的控制测量费用。随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。（2）可以对控制点进行实时、有效、长期的监测，连续运行参考站系统能够全年365 天，每天24 小时连续不间断地运行，全面取代常规大地测量控制网。用户只需一台GNSS 接收机即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的实时、准实时的快速定位或事后定位。全天候地支持各种类型的GNSS 测量、定位。如果利用已建成的CORS对外开发使用，
7、收费标准可以根据各地的投入和实际情况制定，经济效益和社会效益显著。（3）测量数据为WGS-84坐标，通过坐标转换软件进行坐标数据转换，可以省去求参数的时间。4 常用坐标系地面上任一点的位置, 可以用各种不同的坐标系来表示。常用的坐标系有地心坐标系、参心坐标系、站心坐标系等。国内主要采用的坐标系有4种: WGS- 84坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系和地方独立坐标系。4.1 WGS- 84坐标系GPS的测量成果, 于1987年1月10日开始采用WGS- 84世界大地坐标系(World Geodetic System ), 以取代1987 年以前所采用的WGS- 72。WGS- 8
8、4坐标系是由美国国防部制图局依据TRANSIT卫星定位测量成果而建立的一种协议地球坐标系( CTS)。它是GPS卫星广播星历和精密星历的参考系。GPS定位结果直接表示为WGS- 84坐标系。4.2 1954年北京坐标系新中国成立后, 国内大地测量进入了全面发展时期, 在全国范围内开展了正规的、全面的大地测量和测图工作, 迫切需要建立一个参心大地坐标系。鉴于当时的历史条件, 暂时采用了克拉索夫斯基椭球参数, 经过东北边境的呼玛、吉拉林、东宁3 个基线网, 并与前苏联1942年坐标系进行联测, 通过计算建立了我国大地坐标系, 定名为1954年北京坐标系。因此, 1954年北京坐标系可以认为是前苏联
9、1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京, 而在前苏联的普尔科沃, 相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。1954年北京坐标系建立以来, 我国依据这个坐标系建成了全国天文大地网, 完成了大量的测绘任务。随着测绘新理论、新技术的不断发展, 人们发现该坐标系存在许多不足: 如椭球参数有较大误差; 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜: 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一; 定向不明确等。鉴于该坐标系是按局部平差逐步提供大地点成果的, 因而不可避免地出现一些矛盾和不够合理的地方。4.3 1980西安坐标系为了适应大地测量发展的需要, 我国于1978年4月决定建立新的国家坐标系。
10、新的大地原点设在陕西省泽阳县永乐镇,位于西安市西北方向60 km, 简称西安原点, 相应的坐标系称为1980西安坐标系, 也称为1980 国家大地坐标系。1980 国家大地坐标系与1954年北京坐标系属于两个不同的参心坐标系。1980西安坐标系的椭球定位条件为:（1）椭球短轴平行于地球地轴(由地球质心指向1968. OJYD地极原点方向);（2）起始大地子午面平行于格林尼治平均天文台起始子午面;（3)椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合。该坐标系建立后, 实施了全国天文大地网平差。平差后提供的大地点成果属于1980西安坐标系, 它和原来的1954 年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于
11、它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外, 还因为前者是经过整体平差, 而后者只是作了局部平差。4.4 地方独立坐标系我国采用高斯投影, 在该投影中, 除中央子午线没有长度变形外, 其它位置上的任何线段, 投影后均产生长度变形, 而离中央子午线愈远变形愈大。为此, 一般通过分带投影的办法, 以限制长度变形。我国规定采用6 带或3 带进行分带投影, 但是对于城市、工矿等工程测量中, 若直接在国家坐标系中建立控制网, 有时会使地面长度的投影变形较大, 当投影长度变形大于2.5cm /km时, 就难以满足工程上的要求。因此, 为满足大比例尺测图和进行施工放样的要求, 基于实用、方便和科学的目的,通常
12、采用自选的中央子午线, 自选的计算基准面, 即独立平面坐标系。一般情况下, 将地方独立测量控制网建立在当地的平均海拔高程面上, 并以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影求得平面坐标, 建立地方独立坐标系。地方独立坐标系都有独立的原点和定向方式, 是基于一个与当地平均海拔高程对应的参考椭球。该椭球的中心、轴向和扁率一般与国家参考椭球体相同, 但其长半轴则有一个改正量。这个参考椭球称为“地方参考椭球”。5 CORS常用坐标转换方法两个椭球间的坐标转换方法主要有：相似转换法、多项式拟合法。相似转换法分为空间转换和平面转换，空间转换有布尔莎-沃尔夫模型、莫洛金斯基模型、武测模型；平面转换有4参数转换模
13、型和3参数转换模型。拟合法分为线性拟合法和多项式拟合法。5.1 4参数法4参数是同一个椭球内不同坐标系之间进行转换的参数。参与计算的控制点至少要有两个或两个以上, 且控制点等级和分布直接决定了4参数的控制范围。一般来说, 4 参数的理想控制范围在20 30 km2。总体来说, 4 参数法具有灵活、便捷的优点, 缺点是控制的范围相对较小。如果不考虑高程的影响,对于不同椭球体下的高斯平面直角坐标可采用4参数的相似变换法,即坐标原点平移参数(x0 ,y0) ,坐标系旋转角度,坐标系尺度变化参数K1其计算公式为:X=x0 + K(Xcos- Ysin)Y=y0 + K( Ysin+ Xcos) (1)
14、5.2 7参数法7参数法是两个椭球间的坐标转换, 是一种较为严密的坐标转换。7参数的控制范围较大( 一般大于50 km2 ) , 求解7参数需要3个以上具有所需坐标和WGS - 84 坐标两套坐标的已知点。已知点组成的区域应在测区内均匀分布, 能够覆盖整个测区, 这样7参数的转换效果才会较好。用布尔莎- 沃尔夫(Bursa - wolf)模型对两个空间直角坐标系进行转换时,要求解7个参数,即坐标原点的3个平移参数(x0 ,y0 ,z0 ) ,坐标轴间的3个旋转角度参数(x ,y ,z ) , 坐标系间的一个尺度变化参数( K) 。其转换公式 2如下: X x0 XY = y0 +（1+K）R1(x)R2(y)R3(z) Y （2）Z z0 Z R（）=R1（x）R2（y）R3（z）1 0 0 cos y 0 -siny cosz sinz 0= 0 cosx sinx 0 1 0
