興安盟建立參考站的初步設(shè)想＊

范淑媛，黃少波

（1.內(nèi)蒙古興安盟烏蘭浩特市國土資源局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400；2.內(nèi)蒙古喬泰國土勘測技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 建立參考站的必要性

21世紀(jì)是一個信息化時代，城市信息化、數(shù)字化已成為迫切需要。目前全國各地都非常重視社會信息化的建設(shè)，很多地區(qū)都在積極開展GPS參考站系統(tǒng)的建設(shè)。GPS參考站系統(tǒng)是新一代高精度、三維、動態(tài)、多功能測繪基準(zhǔn)體系，可以滿足各種不同行業(yè)、不同用戶對精密定位、快速和實時定位、導(dǎo)航的需要，滿足城市規(guī)劃、國土測繪、地籍管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、安全監(jiān)測，交通管理等多種現(xiàn)代信息化管理的社會需要。

興安盟進入了快速發(fā)展時期，各旗縣市的發(fā)展變化都很快，每天都要進行大量的城市規(guī)劃、建設(shè)、工程施工等工作，這些工作的進行都需要以測繪作為基礎(chǔ)，特別是測繪控制網(wǎng)的優(yōu)化。這些年以靜態(tài)測量構(gòu)成的靜態(tài)測量控制點來作為城市規(guī)劃、建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化城市發(fā)展的要求，為了更好地為政府決策和各行各業(yè)提供有效、可靠的信息，急需建設(shè)GPS參考站系統(tǒng)網(wǎng)。

2 興安盟地理概況

興安盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東北部，地理位置處于東經(jīng)119°28′～123°38′、北緯44°14′～47°39′之間，南北長380km，東西寬320km，總面積近6萬平方公里，屬大興安嶺向松嫩平原的過渡地帶，地形自西北向東南呈階梯狀，依次分為中山、低山、丘陵和平原。

3 參考站系統(tǒng)設(shè)計

3.1 總體目標(biāo)

建立地基穩(wěn)定、分布均勻、覆蓋全盟的連續(xù)運行GPS參考站，為氣象、安全、地震、測繪、交通、水利、環(huán)保等部門和行業(yè)提供高精度（分米級或厘米級）的靜態(tài)定位、動態(tài)定位、基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、差分?jǐn)?shù)據(jù)、精密星歷、監(jiān)控接入等多功能、多用戶、開放式的公共信息。形成我盟新一代測繪基準(zhǔn)體系，達(dá)到“一個平臺，一次投資，多種服務(wù)”的效果。

針對興安盟及周邊的地理環(huán)境、應(yīng)用的實際需求進行客觀、科學(xué)設(shè)計，該系統(tǒng)由12個新建的GPS參考站組成，平均站間距在40～80Km左右，可覆蓋興安盟6個旗縣市，面積約12 000平方公里。整個系統(tǒng)由GPS硬件（接收機與扼流圈天線）、參考站管理、控制與計算軟件、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及避雷設(shè)施等組成。系統(tǒng)的基本目標(biāo)是能夠連續(xù)不斷地對各參考站進行數(shù)據(jù)采集，并監(jiān)測GPS衛(wèi)星原始觀測數(shù)據(jù)及其質(zhì)量，數(shù)據(jù)采樣率達(dá)20Hz，它不僅適合于高精度平面及高程測量等測繪工作，而且也可應(yīng)用于導(dǎo)航、形變監(jiān)測、地震預(yù)報、氣象預(yù)報等領(lǐng)域。

3.2 主要任務(wù)

建立1個GPS數(shù)據(jù)處理中心、1個控制中心及提供相應(yīng)的通訊支持、12座連續(xù)運行GPS參考站，通過數(shù)據(jù)處理中心分析計算得到精確的誤差修正模型，采用Internet及GPRS技術(shù)實時發(fā)送RTK差分改正數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK。向全盟提供分米級或厘米級的實時差分定位及導(dǎo)航服務(wù)。GPS參考站分布如下圖1所示。

圖1 興安盟衛(wèi)星連續(xù)運動參考站網(wǎng)分布圖

3.3 技術(shù)設(shè)計依據(jù)

由于GPS參考站系統(tǒng)的建設(shè)，目前沒有相應(yīng)的建設(shè)規(guī)范，該系統(tǒng)的建設(shè)參照國家的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及一些國際現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)來進行科學(xué)技術(shù)設(shè)計。

有關(guān)GPS測量部分將參照國家技監(jiān)局、測繪局制定的測繪規(guī)范或規(guī)定，數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)參照有關(guān)電子計算機機房建設(shè)的國家標(biāo)準(zhǔn)，站址和墩標(biāo)施工參照國家土建施工建筑行業(yè)規(guī)范以及IGS跟蹤站的相關(guān)技術(shù)要求，通信部分參照國家通信線路施工的有關(guān)規(guī)范，系統(tǒng)設(shè)備的防雷和電涌防護參照國家信息產(chǎn)業(yè)部制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。主要有以下一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：

名 稱 編 號 發(fā) 布 單 位國家技術(shù)監(jiān)督局《差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）技術(shù)要求》 GB／T 17424－1998 國家技術(shù)監(jiān)督局《測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定》 CH／T 1004－1999《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》 GB／T 18314－2001國家測繪局

名 稱 編 號 發(fā) 布 單 位中華人民共和國建設(shè)部《IGS Site Guidelines》 2004Apil 14 IGS Central Bureau／JPL《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GBJ10—89 中華人民共和國建設(shè)部《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》 GB 50174—93 國家技術(shù)監(jiān)督局、建設(shè)部《通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》 YD／T 5098—2001 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，2000年修訂版 GB 50057—94 中華人民共和國建設(shè)部《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》 CA 173—1998 中國公安部《工程測量規(guī)范》 GB 50026—93《城市測量規(guī)范》 CJJ8－99中華人民共和國建設(shè)部

4 參考站系統(tǒng)的建設(shè)

4.1 參考站選址和建網(wǎng)原則

在選擇GPS參考站站址的時候，需要考慮衛(wèi)星可用性，是否存在潛在干擾源等因素，盡量選在有利于GPS衛(wèi)星信號接收的地方，另外，應(yīng)遵循以下一些基本原則：

4.1.1 站址基礎(chǔ)堅實穩(wěn)定，避開地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定的區(qū)域

4.1.2 遠(yuǎn)離周邊一些易于產(chǎn)生多路徑信號源的地方，如高大建筑物，金屬物體反射面，樹林，水域等，一般距離應(yīng)不小于100m

4.1.3 站址10度以上高度角天空無障礙物

4.1.4 站址應(yīng)遠(yuǎn)離電磁信號干擾源，如微波站，無線電發(fā)射臺，高壓線和雷擊區(qū)等，一般距離應(yīng)不小于100m

4.1.5 站址應(yīng)便于接入市電、通訊線路，且穩(wěn)定、安全和可靠；避開交通要道線路附近，但到達(dá)站址要交通便利

4.1.6 便于管理和維護，保證設(shè)備安全

同時在擬建站址處進行連續(xù)兩天48hGPS觀測，以考察是否會存在有較強的多路徑、電磁等干擾以及網(wǎng)解和區(qū)域模型效果等問題。

系統(tǒng)建網(wǎng)基本原則有以下幾點：

4.1.6.1 興安盟連續(xù)運行GPS參考站系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的條件下以最少的參考站數(shù)量實現(xiàn)最大的覆蓋服務(wù)區(qū)域；

4.1.6.2 符合GPS參考站建站的基本要求；

4.1.6.3 有利于工程總體目標(biāo)的實現(xiàn)及系統(tǒng)分期建設(shè)。

4.2 參考站的建設(shè)

4.2.1 墩標(biāo)的建設(shè)

GPS參考站建設(shè)時應(yīng)選在地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的地面，但有時因條件限制需選在建筑物樓頂上。根據(jù)實地情況和應(yīng)用要求，可采用建造混凝土墩標(biāo)，高度在5米左右。

4.2.2 電涌防護的建設(shè)

為了防止參考站電子設(shè)備遭受雷電襲擊，將各種線路之間安裝電涌保護器（Surge Protective Devices，SPD），用于各類通信系統(tǒng)對各種雷電電流、操作過電壓等進行保護的器件。

4.2.2.1 在AT504天線與GPS傳感器的數(shù)據(jù)電纜中間將加入一個電涌保護器。當(dāng)AT504天線不幸遭受雷擊，電流通過數(shù)據(jù)電纜傳往傳感器時，斷路器便會自動中斷電流的輸送，以保護傳感器。電涌保護器放置于一個外置的防水盒內(nèi)

4.2.2.2 在市電源的接入端和GPS參考站設(shè)備的接入端安裝電涌保護器

4.2.2.3 在網(wǎng)絡(luò)線路接入端安裝電涌保護器

另外在參考站GPS衛(wèi)星天線旁邊安裝一根避雷針，并確保避雷針的有效保護范圍是針徑下垂直4 5度角，有效范圍內(nèi)安置衛(wèi)星天線。

4.2.3 后備電源系統(tǒng)的建設(shè)

考慮到連續(xù)供電對連續(xù)運行GPS參考站系統(tǒng)的重要性，采用UPS后備電源供電。在一般情況下，整套系統(tǒng)是依賴AC交流電源運行，但當(dāng)電源中斷時，后備電源可自動代替主電源使各項設(shè)備連續(xù)運行大約48h。后備電源系統(tǒng)包括一臺電源控制充電器、電壓轉(zhuǎn)換及一組多個深充電池。

4.2.4 GPS參考站的硬件配備

整個系統(tǒng)包括12個GPS參考站，每個參考站將配備一臺高精度雙頻GRX1200Pro專業(yè)型GPS參考站型接收機、一個符合IGS標(biāo)準(zhǔn)的AT504雙頻扼流圈衛(wèi)星天線及天線保護罩、大容量記憶卡及其它所需電纜及配件，用于采集GPS原始數(shù)據(jù)進行GPS基線后處理計算工作，各站可選配35W PDL UHF無線電臺、56K調(diào)制解調(diào)器進行實時RTK數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站用戶。并在各GPS衛(wèi)星天線旁建造一支避雷針，避雷針接地，以在雷電時保護整個參考站系統(tǒng)設(shè)施。避雷針的覆蓋范圍不得小于從避雷針尖往下45度角，以確保避雷針能有效地保護天線。GPS參考站設(shè)備安裝連接示意圖如下圖2所示。

圖2 GPS參考站設(shè)備安裝連接示意圖

4.3 數(shù)據(jù)中心的建設(shè)

數(shù)據(jù)中心是整個系統(tǒng)非常重要的一個部分，配備一臺服務(wù)器與12臺GRX1200Pro GPS參考站接收機相連，用于遙控操作，徠卡最新專業(yè)參考站型GPS具有IP端口，各接收機與數(shù)據(jù)中心之間的通訊采用ADSL寬帶（帶固定IP），在數(shù)據(jù)中心可快速進行系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等；一套系統(tǒng)控制和管理軟件包（徠卡Spider／SpiderNET）以及相應(yīng)通信設(shè)備，將來根據(jù)需要可增配FTP服務(wù)器或Web數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器。另外，為了播發(fā)網(wǎng)絡(luò)RTK改正數(shù)據(jù)，可申請兩條電話線，將來可根據(jù)注冊用戶數(shù)量具體確定。數(shù)據(jù)中心的計算機采用服務(wù)器，安置在機柜中，性能穩(wěn)定，能夠在高溫和長時間條件下連續(xù)無故障工作，完全滿足多個以上參考站的數(shù)據(jù)輸入／輸出，且有利于將來系統(tǒng)擴展。每個串口與參考站接收機連接，網(wǎng)卡與網(wǎng)絡(luò)連接，與其它計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并支持徠卡參考站網(wǎng)軟件進行數(shù)據(jù)發(fā)布以及通過Internet（NTRIP）發(fā)送RTK數(shù)據(jù)給流動站用戶。

4.4 通訊系統(tǒng)的建設(shè)

4.4.1 參考站與數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)通訊

為12個GPS參考站和數(shù)據(jù)中心申請13條ADSL寬帶線路，并且有固定IP地址的Internet接入。另外，配備寬帶路由器，將來需要增加參考站時，只需為該站再申請一條ADSL線路即可。系統(tǒng)操作員只需輸入各參考站GPS接收機的IP地址，徠卡Spider軟件即可通過TCP／IP協(xié)議直接與每個參考站連接，這種數(shù)據(jù)連接速度高且穩(wěn)定。徠卡Spider軟件可直接與參考站GPS接收機自動采集記錄的原始數(shù)據(jù)文件，如徠卡LB2原始數(shù)據(jù)文件、RINEX數(shù)據(jù)文件、GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查報告和系統(tǒng)消息日志文件。系統(tǒng)操作員也可調(diào)閱各站的工作狀態(tài)，通過電話網(wǎng)授權(quán)的操作員能夠從數(shù)據(jù)中心遙控修改GPS設(shè)置和系統(tǒng)操作參數(shù)，可在各參考站或數(shù)據(jù)中心播發(fā)RTCM改正數(shù)。若采用TCP／IP（固定的IP地址）方式，流動站用戶還可采用GPRS無線上網(wǎng)技術(shù)（NTRIP）接收RTCM改正數(shù)，系統(tǒng)可一直保持?jǐn)?shù)據(jù)中心與各參考站的連接，不必考慮電話費。

4.4.2 RTK數(shù)據(jù)播發(fā)的數(shù)據(jù)通訊

對于RTK數(shù)據(jù)播發(fā)，可同時采用兩種方法同時播發(fā)RTK改正數(shù)數(shù)據(jù)。第1種方法是采用高功率（35W）電臺，可根據(jù)需要在作業(yè)區(qū)較近的參考站上安置電臺（單站常規(guī)RTK方法）。第2種方法是在數(shù)據(jù)中心使用調(diào)制解調(diào)器，通過GSM撥號或者GPRS無線上網(wǎng)獲取的網(wǎng)絡(luò)RTK改正數(shù)據(jù)（網(wǎng)絡(luò)RTK定位方法）。通過GSM或者GPRS，只要作業(yè)區(qū)內(nèi)有GSM或者GPRS信號，流動站用戶就可以進行定位。

4.4.3 在數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)發(fā)送到FTP或Web服務(wù)器

當(dāng)徠卡Spider軟件從各站將GPS原始數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)文件如徠卡LB2原始數(shù)據(jù)文件、RINEX數(shù)據(jù)文件、GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查報告和系統(tǒng)消息日志文件可傳送到客戶的FTP或Web服務(wù)器上。用戶可通過Internet下載必要的數(shù)據(jù)。為了進行數(shù)據(jù)歸檔，客戶需要提供數(shù)據(jù)中心的Internet連接設(shè)備，徠卡Spider可自動將從GPS參考站下載的數(shù)據(jù)文件或其他數(shù)據(jù)檢查報告和事件記錄文件傳送到指定的FTP或Web地址。

5 參考站系統(tǒng)的組成及功能

該系統(tǒng)由GPS參考站子系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)控制中心子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)等組成；

系統(tǒng)各部分的功能如下：

GPS參考站子系統(tǒng)：由12個參考站組成，主要功能是全天24小時不間斷地接收GPS衛(wèi)星信號、采集原始數(shù)據(jù)；

通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)：由1條靜態(tài)IP和12條動態(tài)IP組成的VPN網(wǎng)絡(luò)以及GSM／GPRS無線通訊網(wǎng)組成，功能是實時傳輸各參考站GPS數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心和發(fā)送RTK改正數(shù)到流動站用戶；

數(shù)據(jù)控制中心子系統(tǒng)：由服務(wù)器和相應(yīng)的軟件構(gòu)成，功能是控制、監(jiān)控、下載、處理、發(fā)布和管理各參考站GPS數(shù)據(jù)，計算網(wǎng)絡(luò)RTK改正數(shù)，生成各種格式的改正數(shù)據(jù)，并發(fā)給流動站用戶。

用戶應(yīng)用子系統(tǒng)：由不同的流動站組成，功能是接收改正數(shù)，并解算出流動站的精確位置。

興安盟參考站系統(tǒng)建成后，將為全盟提供一個高精度三維動態(tài)測量基準(zhǔn)，建立一個無控制點的電子測量控制網(wǎng)，為城市規(guī)劃及工程建設(shè)提供各種精度的實時常規(guī)和網(wǎng)絡(luò)RTK／DGPS或非實時的定位服務(wù)，也為市政管理、園林綠化、土地管理、基礎(chǔ)地理信息更新提供快速測量手段，同時也能為其他部門提供服務(wù)。

〔1〕李征航，黃勁松 .GPS測量與數(shù)據(jù)處理〔M〕.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.

〔2〕張印鐸 .基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制〔J〕.地理空間信息，2007，5（5）.

〔3〕謝希仁 .計算機網(wǎng)絡(luò)〔M〕.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

〔4〕王平 .虛擬參考站——GPS網(wǎng)絡(luò)RTK〔J〕.測繪通報，2001，（so）.

〔5〕寧津生，劉經(jīng)南，陳俊勇，等 .現(xiàn)代大地測量理論與技術(shù)〔M〕.武漢：武漢大學(xué)出版社，2006.