中海達(dá)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)概述及其應(yīng)用

李成鋼,張晉升

(1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275； 2. 廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 廣州市中海達(dá)測繪儀器有限公司，廣東 廣州 511400)

中海達(dá)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)概述及其應(yīng)用

李成鋼1,2,3,張晉升2,3

(1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275； 2. 廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 511400； 3. 廣州市中海達(dá)測繪儀器有限公司，廣東 廣州 511400)

中海達(dá)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)以高精度的3D扼流圈天線和北斗基準(zhǔn)站接收機(jī)作為傳感器，實(shí)時(shí)獲取高精度GNSS觀測數(shù)據(jù)，配套中海達(dá)公司成熟軟件產(chǎn)品，可快速獲取高精度空間數(shù)據(jù)和地理特征。

1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)概述

1.1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)硬件產(chǎn)品

1.1.1 中海達(dá)VNet 系列基準(zhǔn)站接收機(jī)

中海達(dá)VNet 系列基準(zhǔn)站接收機(jī)是一款定位于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高精度、高性能、高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)站接收機(jī)，如圖1所示。其特點(diǎn)如下：①采用國內(nèi)頂配主板，實(shí)現(xiàn)四星系統(tǒng)接入(BDS、GPS、GLONASS、Galileo)；②配備64 GB高速內(nèi)存，支持500 d原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；③內(nèi)置12 500 mAh超大容量電池，可應(yīng)急供電24 h；④外觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，通信接口豐富，支持遠(yuǎn)程固件升級(jí)。

圖1 中海達(dá)基準(zhǔn)站接收機(jī)VNet8

1.1.2 中海達(dá)四星座全頻段3D扼流圈天線

中海達(dá)3D扼流圈天線是一款相位中心穩(wěn)定性達(dá)亞毫米級(jí)的全頻段GNSS測量天線，支持BDS、GPS、GLONASS和Galileo系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)接收，廣泛應(yīng)用于基準(zhǔn)站、形變監(jiān)測、地震研究和對(duì)環(huán)境有特殊要求的高端應(yīng)用領(lǐng)域，如圖2所示。

圖2 3D扼流圈天線實(shí)景圖

1.2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)軟件平臺(tái)

中海達(dá)CORS軟件采用分布式部署，可穩(wěn)定接入300座基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，為10 000個(gè)外業(yè)用戶提供RTK和RTD服務(wù)。采用參數(shù)估計(jì)模型，可解算超過150 km的中長基線；運(yùn)用部分模糊度固定技術(shù)使得整網(wǎng)固定率超過98%，單基線解算時(shí)間小于1 ms；經(jīng)過全網(wǎng)或區(qū)域大氣內(nèi)插模型和對(duì)流層自主高程修正技術(shù)改正后的大氣殘差小于2 cm，支持電離層活躍地區(qū)和基站落差大的山區(qū)地帶。系統(tǒng)包括: 分流軟件(ZNetStream)、質(zhì)檢軟件(ZNetCenter)、解算軟件(ZNetVRS) 、綜合服務(wù)運(yùn)營平臺(tái)(WEBCORS)及差分服務(wù)發(fā)布軟件(ZNetServer)，架構(gòu)如圖3所示。

2 解決方案

北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與播發(fā)子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)組成如圖4所示。具體描述如下：

(1) 基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)。基準(zhǔn)站網(wǎng)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)跟蹤、采集、傳輸、系統(tǒng)可靠性(完備性)監(jiān)測的功能，主要由基準(zhǔn)站接收機(jī)、扼流圈天線、網(wǎng)絡(luò)配置及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防雷器及電源配電設(shè)備構(gòu)成。

(2) 網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：一是數(shù)據(jù)中心分布式千兆網(wǎng)絡(luò)；二是基準(zhǔn)站到數(shù)據(jù)中心組建的基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)；三是數(shù)據(jù)中心向流動(dòng)站用戶播發(fā)數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心、用戶之間的數(shù)據(jù)通信。

(3) 數(shù)據(jù)處理與播發(fā)子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理與播發(fā)子系統(tǒng)是整個(gè)CORS系統(tǒng)的核心單元，包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件系統(tǒng)。作為整個(gè)服務(wù)系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)中心要求具備以下功能：數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、差分服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理。

3 示范應(yīng)用

中海達(dá)自2014年以來承建了云南省普洱、德宏、保山、昆明、文山、紅河共6個(gè)地州的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，是云南省北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)(YNCORS)的重要組成部分，系統(tǒng)正常運(yùn)行后將納入云南全省整網(wǎng)運(yùn)行。云南地區(qū)電離層活躍，對(duì)流層也較為復(fù)雜，海拔高差懸殊。中海達(dá)的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)利用區(qū)域電離層建模和對(duì)流層高程自主改正技術(shù)，解決了固定困難和精度問題，能夠適應(yīng)低緯度高原山區(qū)復(fù)雜地形情況。

圖3 中海達(dá)CORS軟件系統(tǒng)架構(gòu)

圖4 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)解決方案結(jié)構(gòu)

同時(shí)在云南省CORS中心部署了中海達(dá)在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)，為云南省提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)。通過用戶所在位置自動(dòng)匹配地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，提高了用戶作業(yè)效率。系統(tǒng)拓展了YNCORS系統(tǒng)與似大地水準(zhǔn)面模型聯(lián)合服務(wù)的應(yīng)用新領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了向大規(guī)模用戶實(shí)時(shí)發(fā)布地方坐標(biāo)及高程。如圖5—圖6所示。

4 結(jié) 語

中海達(dá)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)解決方案采用高精度的3D扼流圈天線、軍工級(jí)基準(zhǔn)站接收機(jī)和成熟的CORS軟件產(chǎn)品，為用戶提供實(shí)時(shí)、可靠、連續(xù)、穩(wěn)定的差分服務(wù)和在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)，大大提高了用戶的可用性、定位精度及作業(yè)效率，能夠?yàn)楸倍返鼗鰪?qiáng)系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)保駕護(hù)航。

圖5 文山州北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)

圖6 云南省在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)系統(tǒng)