CORS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展及展望

汪偉，史廷玉，張志全

(天津市測繪院，天津 300381)

CORS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展及展望

汪偉?，史廷玉，張志全

(天津市測繪院，天津 300381)

系統(tǒng)介紹了分析世界具有代表性CORS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并按照其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類，總結(jié)了CORS系統(tǒng)的目前應(yīng)用特點(diǎn)；CORS系統(tǒng)的未來應(yīng)用方向和領(lǐng)域；為國內(nèi)CORS系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供思路。最后以CORS應(yīng)用于公共安全和智能交通為例，展望國內(nèi)CORS系統(tǒng)的非專業(yè)測量應(yīng)用推廣方向。

CORS；應(yīng)用；發(fā)展

1 前 言

CORS系統(tǒng)是從“臺站網(wǎng)”的思想演化而來的。上世紀(jì)80年代，加拿大提出“主動控制系統(tǒng)(Active Control System)”理論是最早的臺站網(wǎng)理論，其主要思想是在某一區(qū)域范圍內(nèi)建立永久性的參考站點(diǎn)組成主動控制系統(tǒng)，用于向用戶提供改進(jìn)后的預(yù)報星歷和其他改正參數(shù)，進(jìn)而提高流動站的定位精度。到20世紀(jì)90年代初，IAG在考察GPS全球精密定位方法、精度和應(yīng)用潛力的全球大會戰(zhàn)(GIG’91，GIG’92)期間[1]，提出在全球范圍內(nèi)建立永久性的GPS觀測站，并常年連續(xù)向全球廣大用戶提供觀測數(shù)據(jù)和事后精密星歷，至此“臺站網(wǎng)”的思想才得以實(shí)現(xiàn)。1994年成立的 IGS(International GNSS Service)成為該次全球會戰(zhàn)結(jié)果的民間主管組織，其大大推動了GPS精密定位技術(shù)的發(fā)展及其在地球動力學(xué)、大氣環(huán)境變化監(jiān)測等方面的應(yīng)用。

在IGS的影響下，很多國家和地區(qū)相互間合作建立了常年不間斷跟蹤GNSS衛(wèi)星的基準(zhǔn)站。其中IGS最具全球CORS代表，歐洲永久性連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)(EUREF Permanent Network，EPN)最具洲際CORS代表。美國、加拿大、澳大利亞、英國、日本、德國等國家先后建立了自己的國家級CORS。在發(fā)達(dá)國家，基本上平均每隔幾十千米就有一個基準(zhǔn)站。發(fā)展中國家的建站速度稍微緩慢，但呈現(xiàn)出快速追趕的趨勢。

2 世界主要CORS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

IGS是全球范圍內(nèi)GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)和綜合服務(wù)系統(tǒng)的成功案例。其無償向全球用戶提供精密星歷和精密衛(wèi)星鐘差、IGS全球跟蹤站坐標(biāo)及其年變化率、地球自轉(zhuǎn)速率以及所有IGS跟蹤站原始觀測文件；其在支持大地測量和地球動力學(xué)學(xué)科的發(fā)展上起到了積極作用，并由此延伸到諸如電離層研究、GPS氣象學(xué)、地殼變形監(jiān)測、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)求解、國際地球參考框架維護(hù)等各個科研領(lǐng)域[2，3]。

EPN是由IAG參考框架歐洲分委會EUREF主要負(fù)責(zé)建立。EUREF建立EPN是為了定義、建立和維護(hù)歐洲參考框架的平面基準(zhǔn)ETRS89(European Terrestrial Reference System)和高程基準(zhǔn)EVRS(European Vertical Reference System)；并將其應(yīng)用拓展到諸如地球動力學(xué)研究、海平面監(jiān)測和歐洲區(qū)域天氣預(yù)報等科研領(lǐng)域[4]。

加拿大空間參考系統(tǒng)CSRS(Canadian Spatial Reference System)是由加拿大國家資源地球科學(xué)部負(fù)責(zé)建立和維護(hù)。其可以提供整個加拿大國家的平面和高程參考基準(zhǔn)及地球定向參數(shù)。CSRS提供多種在線服務(wù):包括在線精密單點(diǎn)定位服務(wù)，在線精密星歷和原始觀測數(shù)據(jù)下載，在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)化和高程轉(zhuǎn)化等[5]。

COSMOS(Consortium of Organization for Strong Motion Observation System)由日本國家地理學(xué)院(GSI)負(fù)責(zé)組建，該網(wǎng)絡(luò)平均30 km有一個永久性跟蹤站，密度最大的達(dá)到15 km一個永久性跟蹤站，是日本國家重要基礎(chǔ)設(shè)施。其主要目標(biāo)是建成超高精度的地殼變形監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[6]。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于地震監(jiān)測與預(yù)報、控制測量、變形監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新、氣象監(jiān)測和短期天氣預(yù)報。

國內(nèi)CORS的主要代表是中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)由27個均勻分布的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站、55個年周期復(fù)測的基本站和1 000多個不定期復(fù)測的區(qū)域站組成。該網(wǎng)絡(luò)的組建參考了美國、澳大利亞等國家“自下而上”的組建經(jīng)驗(yàn)，在國家相關(guān)部門統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，把區(qū)域部分CORS站點(diǎn)納入到該體系。該網(wǎng)絡(luò)的根本目的是為了監(jiān)測中國大陸地區(qū)的地殼運(yùn)動總貌和細(xì)部特征，并以此帶動諸如國家大地基準(zhǔn)的建立和維護(hù)、地球動力學(xué)研究、大氣探測研究等相關(guān)科學(xué)項(xiàng)目研究[7]。

3 世界主要CORS系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)

3.1 CORS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

無論是區(qū)域CORS還是大范圍洲際CORS或IGS，其目前應(yīng)用領(lǐng)域主要包括[8]:大地測量學(xué)和地球動力學(xué)科以及其相關(guān)交叉學(xué)科的研究；區(qū)域或全球參考框架的維護(hù)；各種等級的工程測量；車輛、飛機(jī)和船舶導(dǎo)航；采礦、林業(yè)、教育和環(huán)境監(jiān)測；在發(fā)達(dá)國家甚至廣泛用于精細(xì)農(nóng)業(yè)。如果對CORS的應(yīng)用進(jìn)行分類綜述，并逐一對各類應(yīng)用范圍進(jìn)行細(xì)化，則可以得到一張CORS應(yīng)用領(lǐng)域細(xì)節(jié)表，如表1所示。

CORS應(yīng)用領(lǐng)域細(xì)節(jié)一覽表 表1

根據(jù)目前國內(nèi)CORS的應(yīng)用現(xiàn)狀結(jié)合表1可知:絕大部分的CORS應(yīng)用都圍繞專業(yè)測量領(lǐng)域展開，而在非專業(yè)測量領(lǐng)域的應(yīng)用目前還處于起步階段(表中標(biāo)注為★的部分)。抓住時機(jī)，大力推廣CORS系統(tǒng)服務(wù)于廣大非專業(yè)測量領(lǐng)域，是CORS系統(tǒng)未來的一個發(fā)展方向。

3.2 CORS系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

根據(jù)目前CORS系統(tǒng)的應(yīng)用情況，總結(jié)出以下3個特點(diǎn):

(1)CORS的推廣和應(yīng)用與GIS緊密相連。CORS能夠提供的只是基于位置服務(wù)(Location Based Service)的信息，這種空間點(diǎn)位信息只有結(jié)合GIS才能最大限度服務(wù)于生產(chǎn)和生活。把CORS技術(shù)的實(shí)時性、高精度等特色融入GIS中，結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，可以衍生出很多專題應(yīng)用項(xiàng)目，而這正是各區(qū)域CORS未來應(yīng)用的重點(diǎn)發(fā)展方向。反過來，CORS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以推動GIS技術(shù)由目前的2.5維向真三維GIS發(fā)展。真三維GIS必將掀起CORS未來應(yīng)用的一個新高潮。

(2)CORS技術(shù)的應(yīng)用趨向于“自助化”。CORS的主管單位不能僅僅作為CORS系統(tǒng)的技術(shù)主管部門，而應(yīng)該是面向社會的服務(wù)部門。向社會提供更快、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)應(yīng)該是CORS主管單位的宗旨。在這個理念的推動下，CORS主管單位應(yīng)該充分發(fā)揮自己的技術(shù)優(yōu)勢，完善CORS系統(tǒng)的服務(wù)體系，實(shí)時、高效向不同等級的授權(quán)用戶提供各種信息，而這些不同信息的獲取應(yīng)該由用戶自己自助完成，中間不應(yīng)插入任何主管部門技術(shù)干涉環(huán)節(jié)。

(3)CORS的應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密不可分。這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括 Internet網(wǎng)絡(luò)、各種無線網(wǎng)絡(luò)(GSM，CDMA，GPRS以及自己組建的2.4 G公共頻段無線網(wǎng)絡(luò))以及它們之間的相互關(guān)聯(lián)。這些網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)鏈)在CORS和用戶之間建立了聯(lián)系。

4 CORS系統(tǒng)應(yīng)用展望實(shí)例

對于CORS系統(tǒng)的應(yīng)用前景，就目前看來，向非專業(yè)測量領(lǐng)域推廣最具有市場前景。這里給出兩個應(yīng)用展望實(shí)例，主要以CORS系統(tǒng)應(yīng)用于智能交通和公共安全兩個方向做簡要展望與分析。

4.1 CORS應(yīng)用于智能交通

發(fā)達(dá)國家早在上個世紀(jì)80年代開始已經(jīng)開展了城市智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，ITS)的研究并取得了一定的成果[9]。中國在智能交通上起步較晚，在國務(wù)院2006年發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006－2020年)》中，已經(jīng)把智能交通管理系統(tǒng)列入交通運(yùn)輸業(yè)優(yōu)先發(fā)展主題。也就是說，在未來15年中，國家將優(yōu)先發(fā)展智能交通管理系統(tǒng)。而智能交通又是與3S技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)業(yè)[10]，由此可以大膽預(yù)測:在未來的幾年中，CORS系統(tǒng)必將在城市的智能交通系統(tǒng)中起到巨大的作用。

在智能交通系統(tǒng)中，大量傳感器的精確位置(如交通信號燈、指路牌、攝像頭、雷達(dá)測速儀等)信息的采集，可以用CORS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；而車輛的實(shí)時位置和速度信息，可以通過實(shí)時接收CORS系統(tǒng)的差分改正信息來修正。通過網(wǎng)絡(luò)把車輛的位置和速度信息實(shí)時傳回控制中心，控制中心經(jīng)過對多種信息的融合、處理和分析后，即時以廣播(或者其他無線通訊短消息)的形式反饋給車輛終端，從而讓車輛終端實(shí)時掌握路況和交通信息；而交通管理部門也可以通過其他傳感器(如攝像頭，射頻感應(yīng)卡等)發(fā)送回來的信息對車輛身份進(jìn)行識別和管理。這樣就相應(yīng)避免了車輛亂停亂放、交通違章和超標(biāo)排放等現(xiàn)象。智能交通導(dǎo)航系統(tǒng)原理如圖1所示。

從圖1中可以看出:CORS可以以用戶可接受的精度提供移動物體的位置和速度等信息，這在城市智能交通導(dǎo)航系統(tǒng)中起到十分重要的作用。發(fā)展到未來，如果CORS系統(tǒng)的定位可靠性達(dá)到99.9%以上，則可以發(fā)展汽車自動駕駛和自動導(dǎo)航等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

圖1 城市智能交通系統(tǒng)示意圖

4.2 CORS應(yīng)用于公共安全

為了提高決策部門對各種突發(fā)事件的應(yīng)對能力，有效掌握突發(fā)事件的即時信息，需要建立城市公共安全應(yīng)急平臺，這個公共安全應(yīng)急平臺主要是以GIS技術(shù)為支撐，即時收集各種傳感器傳送回來的相關(guān)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過信息融合和分類后，建立對應(yīng)的災(zāi)害模型，并實(shí)時動態(tài)的反應(yīng)該種災(zāi)害的破壞力度和影響范圍，為決策部門和救援單位提供第一手詳盡資料，從而提高政府部門對突發(fā)事件的應(yīng)對能力和響應(yīng)速度。

在城市公共安全方面，CORS系統(tǒng)也可以發(fā)揮巨大作用。其可以實(shí)時為各種傳感器提供分米級甚至是厘米級的定位服務(wù)和納秒級的時間基準(zhǔn)。在這個應(yīng)用平臺上，CORS系統(tǒng)是空間信息獲取的有效手段。

5 結(jié) 論

通過對目前世界上具有代表性CORS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，總結(jié)了CORS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點(diǎn)。對國內(nèi)CORS系統(tǒng)由專業(yè)測量領(lǐng)域向非專業(yè)測量領(lǐng)域的應(yīng)用拓展做了探討，并以CORS系統(tǒng)應(yīng)用于智能交通和公共安全兩個方面為例做了的分析。

[1]周其煥.建立GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)系統(tǒng)的探討[J].中國民航學(xué)院學(xué)報，vol.15，1997(3)，p17～23

[2]http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

[3]http://www.ngs.noaa.gov/CORS/links1/

[4]http://www.epncb.oma.be/＿newsmails/papers/eurefsymposium2006/the＿euref＿permanent＿network＿recent＿achievements.pdf

[5]http://www.geod.nrcan.gc.ca/aboutus/cacs＿e.php

[6]http://www.cosmos－eq.org/SiteMap.html

[7]陳俊勇，文漢江，程鵬飛.中國大地測量學(xué)發(fā)展的若干問題[J].武漢大學(xué)學(xué)報信息科學(xué)版，Vol 26，No 6，2001.12，p475～482[8]過靜珺，王麗，張鵬.國內(nèi)外連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)新進(jìn)展和應(yīng)用展望[J].全球定位系統(tǒng)，2008年第1期，p1～9

[9]賈述評，房筱莉.日本智能交通系統(tǒng)的發(fā)展[J].吉林交通科技，Vo.3，2006，p67～68

[10]李德仁，李清泉，楊必勝等.3S技術(shù)與智能交通[J].武漢大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，Vol.33，No.4，2008(4)，p331～336

The Development and Expectation of CORS Application

Wang Wei，Shi Tingyu，Zhang ZhiQuan
(Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China)

The applications of the representative CORS systems in the world are presented in this article as well as its development trend in the future.And this article also systematically classifies the CORS application and summarizes the CORS application characteristics.The future possible application directions are also discussed in the article.All this analysis is useful and can be referenced by domestic CORS applications.At the end of the article，two latent application samples with respect to ITS and public security are presented，which may be the core directions of CORS application in the nontraditional surveying domain.

CORS；Application；Development

1672－8262(2010)03－45－03

P228

C

2009—10—09

汪偉(1980—)，男，工程師，主要從事GNSS原理和應(yīng)用方面的研究工作。