內蒙古自治區(qū)GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的建立

趙新剛 劉燕青

摘要:本文詳細論述了GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的組成，介紹了內蒙古自治區(qū)GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的建設目標、建設原則、基本技術要求、系統(tǒng)功能及參考站的構成，最后介紹了系統(tǒng)為社會提供信息服務的前景。

關鍵詞：GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng) RTK GNSS測量定位技術

一、 序言

目前高精度GPS實時動態(tài)定位技術和區(qū)域大地水準面精化技術已經(jīng)成為測繪科學尤其是大地測量領域研究的熱點。常規(guī)GPS測量定位技術，尤其是傳統(tǒng)的RTK定位技術是一種基于單基準站和高精度載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，其作業(yè)成本大、操作繁瑣。隨著人們對定位精度和作業(yè)效率要求的不斷提高，如何擺脫傳統(tǒng)RTK作業(yè)復雜性和在更大的范圍內實現(xiàn)高精度動態(tài)定位的問題更加突出。同時，網(wǎng)絡技術、計算機技術、無線通訊技術近年來迅猛發(fā)展，使得大量數(shù)據(jù)實時傳輸和處理成為可能。因此必須尋找一種新的、高效的、廉價的、實時高精度動態(tài)定位方式。在這些需求和條件下，GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(GNSS continuously operating reference stations system)應運而生，通常我們簡稱其為CORS系統(tǒng)。

二、GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)

GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GNSS參考站，是利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術組成的網(wǎng)絡，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GNSS觀測值(載波相位，偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關GNSS服務項目的系統(tǒng)。它是衛(wèi)星定位技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)字通訊技術等高新科技多方位、深度結晶的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的GPS作業(yè)相比連續(xù)運行參考站具有作用范圍廣、精度高、野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點。CORS 隨著GNSS技術的飛速進步和應用普及，它在城市測量中的作用已越來越重要。當前，利用多基站網(wǎng)絡RTK技術建立的連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務綜合系統(tǒng)已成為城市GNSS應用的發(fā)展熱點之一。

CORS系統(tǒng)由基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應用系統(tǒng)五個部分組成，各基準站與監(jiān)控分析中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡。

CORS系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)RTK測量作業(yè)方式，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：

1. 改進了初始化時間、擴大了有效工作的范圍；

2. 采用連續(xù)基站，用戶隨時可以觀測，使用方便，提高了工作效率；

3. 擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地消除系統(tǒng)誤差和周跳，增強差分作業(yè)的可靠性；

4. 用戶不需架設參考站，真正實現(xiàn)單機作業(yè)，減少了費用；

5. 使用固定可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，減少了噪聲干擾；

6．提供遠程INTERNET服務，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享；

7．擴大了GPS在動態(tài)領域的應用范圍，更有利于車輛、飛機和船舶的精密導航；

8．為建設數(shù)字化城市提供了新的契機。

CORS系統(tǒng)不僅是一個動態(tài)的、連續(xù)的定位框架基準，同時也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的重要的城市基礎設施，CORS可在城市區(qū)域內向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息，并實現(xiàn)城市測繪數(shù)據(jù)的完整統(tǒng)一，這將對現(xiàn)代城市基礎地理信息系統(tǒng)的采集與應用體系產(chǎn)生深遠的影響。它不僅可以建立和維持城市測繪的基準框架，更可以全自動、全天候、實時提供高精度空間和時間信息，成為區(qū)域規(guī)劃、管理和決策的基礎。該系統(tǒng)還能提供差分定位信息，開拓交通導航的新應用，并能提供高精度、高時空分辨率、全天候、近實時、連續(xù)的可降水汽量變化序列，并由此逐步形成地區(qū)災害性天氣監(jiān)測預報系統(tǒng)。此外，CORS系統(tǒng)可用于通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)中高精度的時間同步，并能就地面沉降、地質災害、地震等提供監(jiān)測預報服務、研究探討災害時空演化過程。

三、內蒙古自治區(qū)GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的建立

城市數(shù)字化和數(shù)字城市是現(xiàn)代化城市的發(fā)展趨勢，空間數(shù)據(jù)基礎設施是數(shù)字城市的基礎，建立內蒙古自治區(qū)GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)是內蒙古城市空間數(shù)據(jù)基礎設施的重要組成部分。

作為自治區(qū)系統(tǒng)的一部分，本系統(tǒng)在設計、施工中，充分考慮了擴展性，率先運用了分布式系統(tǒng)技術，使得本系統(tǒng)既可獨立運行也能與其它城市的系統(tǒng)互聯(lián)形成跨城市、地區(qū)的區(qū)級系統(tǒng)，實現(xiàn)有限資源的共享。

內蒙古自治區(qū)GNSS綜合服務系統(tǒng)首先在呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市等地建立若干個連續(xù)運行的永久性參考站，通過網(wǎng)絡互聯(lián)，構成新一代網(wǎng)絡化的GNSS綜合服務系統(tǒng)，不僅可以向各級測繪用戶提供精度、連續(xù)的空間基準，并可向導航、時間、災害防治等部門提供各種數(shù)據(jù)服務。內蒙古自治區(qū)GNSS綜合服務系統(tǒng)是“數(shù)字內蒙”信息化建設的主要基礎工程之一，可為社會各行業(yè)——諸如市政工程、工程建設、交通、氣象、環(huán)境、搶險救災等提供迅速、可靠、有效的信息服務，滿足基礎測繪、交通運輸管理、環(huán)保監(jiān)測、滑坡監(jiān)測、建筑物沉降變形監(jiān)測、移動目標的監(jiān)控、地理信息更新和國土資源調查、地質災害預報、氣象預報等信息需求。

系統(tǒng)主要包括以下幾個子系統(tǒng)：

1. 基準站網(wǎng)子系統(tǒng)

2. 數(shù)據(jù)處理與管理中心

3. 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡子系統(tǒng)

4. 用戶服務子系統(tǒng)

5. 用戶應用系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)建設目標

1. 內蒙古自治區(qū)連續(xù)運行GNSS基準站系統(tǒng)（簡稱NMCORS）將分階段進行，首期建設目標是建設以呼包鄂為中心的15個GNSS連續(xù)運行基準站組成的參考站網(wǎng)和一個數(shù)據(jù)處理中心。覆蓋內蒙古自治區(qū)三市區(qū)和周邊地區(qū)，實現(xiàn)網(wǎng)絡RTK作業(yè)，同時也可以實現(xiàn)DGPS作業(yè)，基準站平均站間距約50公里，以達到控制內蒙古三市區(qū)及周邊地區(qū)為目的。

2. 該網(wǎng)逐步形成覆蓋內蒙古自治區(qū)的GNSS城市控制網(wǎng)，為內蒙古自治區(qū)城市建設、工程建設、房地產(chǎn)管理、地籍管理等提供技術支持和定位基礎。

3. 該網(wǎng)將成為內蒙古自治區(qū)地震及地質災害預報的重要組成部分，將為內蒙地區(qū)地殼形變監(jiān)測、斷裂帶監(jiān)測、滑坡監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測提供測量基準。

4. 利用分布在內蒙古自治區(qū)的3個跟蹤站的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)進行組網(wǎng)，實時發(fā)布RTK差分數(shù)據(jù)（精度1—5厘米），為內蒙地區(qū)GIS用戶、地籍測量、房產(chǎn)測量、工程測量、水工及水下地形測量、公路與鐵路測量、精準農業(yè)、環(huán)保測量等用戶提供快速高精度定位服務。

5. 利用分布在內蒙古自治區(qū)3個跟蹤站的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)進行組網(wǎng)為氣象局服務，該網(wǎng)將提供高精度、高時空分辨率、全天候、近實時的水汽變化參數(shù)，并由此逐步形成一個新的內蒙地區(qū)災害性天氣預報系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)的建設原則

NMCORS的建設堅持“技術先進、高效可靠、經(jīng)濟實用、容易擴展”的原則，按由內而外的次序分期進行，為今后系統(tǒng)的擴展和改造奠定基礎。當前系統(tǒng)建設的原則是：

1. 在滿足系統(tǒng)技術要求的條件下以最小的、合理分布的基準站、實現(xiàn)最大范圍的覆蓋；

2. 有利于系統(tǒng)總體目標的實現(xiàn)及系統(tǒng)分階段建設；

3. 采用目前最先進、最完善的GNSS基準站網(wǎng)建站技術；

4. 系統(tǒng)結構應該體現(xiàn)簡潔、適用、操作簡便和低成本運行；

5. 利用目前國內外先進的通信技術，盡量采用公共通迅網(wǎng)統(tǒng)一頻點、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一管理，以節(jié)約頻率資源，提高效率；

6. 系統(tǒng)兼顧目前及今后的發(fā)展。

（三）基本技術要求

1. 基準站無人值守，自動運行，年運行可靠率95%以上；

2. 衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機主機或其外部存儲器的容量應能保證至少存儲20天的1秒采樣數(shù)據(jù)和相應的氣象數(shù)據(jù)（氣溫、氣壓、濕度）；

3. 在斷電（交流電）情況下，可依靠備用電源連續(xù)工作48小時以上；

4. 可實時傳輸基準站觀測數(shù)據(jù)，并與控制中心實現(xiàn)雙向通信；

5. 具備系統(tǒng)設備完好性檢測功能，系統(tǒng)自動對設備進行自檢，出現(xiàn)問題時具有遠程報警能力；

6. 支持數(shù)據(jù)中心以遠程方式對基準站進行設定、控制和檢測。設定包括：接收機參數(shù)、計算機參數(shù)、氣象儀器參數(shù)；控制包括：接收機啟動與關閉、接收機參數(shù)的修改、數(shù)據(jù)傳輸控制；檢測包括：接收機狀態(tài)、計算機狀態(tài)、電源狀態(tài)。

7. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心與各基準站之間的數(shù)據(jù)傳輸方式應支持ADSL或ISDN撥號等形式。

（四）系統(tǒng)功能

1. 在網(wǎng)絡RTK定位信號的有效覆蓋區(qū)域內，用戶利用一臺GNSS測量型接收機即可進行精度達到厘米級定位測量（非完全蔭蔽區(qū)）。

2. 在全部網(wǎng)絡定位信號的有效覆蓋區(qū)域內，利用一臺GNSS測量型接收機進行DGPS定位，精度達到亞米級。

3. 在定位信號的有效覆蓋區(qū)域內，滿足非蔭蔽區(qū)工程測量、地圖修測等控制測量要求。

4. 數(shù)據(jù)中心可以利用GSM、GPRS、CDMA技術中的一種向系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內的用戶廣播差分修正信息。

5. 通過Internet實現(xiàn)向系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內用戶提供事后精密定位服務所需的數(shù)據(jù)。

6. 系統(tǒng)安全性良好，能夠有效抵御天氣等外界因素對系統(tǒng)正常運轉的影響，同時防止非授權用戶通過網(wǎng)絡等其它手段訪問系統(tǒng)。

（五）參考站的構成

1. 室外設備包括觀測墩，GPS天線，氣象儀，避雷針等。

2. 室內設備主要是GNSS接收機、電池組、網(wǎng)絡設備、電涌保護設備、UPS等設備、設備安裝于機柜內。

六、結束語

城市連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）是“空間數(shù)據(jù)基礎設施”最為重要的組成部分。通過建設若干永久性連續(xù)運行的GPS基準站，以滿足各類不同行業(yè)用戶對精度定位，快速和實時定位、導航的要求，及時地滿足城市規(guī)劃、國土測繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、交通監(jiān)控，礦山測量等多種現(xiàn)代化信息化管理的社會要求。

1. 內蒙古自治區(qū)CORS的建立可以大大提高測繪精度、速度與效率, 降低測繪勞動強度和成本, 省去測量標志保護與修復的費用。

2. 內蒙古自治區(qū)CORS的建立，可以對工程建設進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測, 對災害進行快速預報。CORS項目完成將為城市諸多領域如氣象、車船導航定位、物體跟綜、公安消防、測繪、GIS 應用等提供精度達厘米級的動態(tài)實時GPS 定位服務, 將極大地加快該城市基礎地理信息的建設。

3. 內蒙古自治區(qū)CORS將成為內蒙古城市信息化的重要組成部分, 并由此建立起城市空間基礎設施的三維、動態(tài)、地心坐標參考框架, 從而從實時的空間位置信息面上實現(xiàn)城市真正的數(shù)字化。CORS建成能使更多的部門和更多的人使用GPS 高精度服務,它必將在城市經(jīng)濟建設中發(fā)揮重要作用。由此帶給城市巨大的社會效益和經(jīng)濟效益是不可估量的, 它將為城市進一步提供良好的建設和投資環(huán)境。

參考文獻：

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