沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)升級建設

邰賀

(沈陽市勘察測繪研究院,遼寧 沈陽110004)

0 引 言

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(CORS系統(tǒng))可以定義為一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GNSS參考站,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[1],實時地向不同的類型、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、以及其他有關的GNSS服務項目的系統(tǒng)[2]。與傳統(tǒng)的GNSS作業(yè)相比,連續(xù)運行參考站具有作用范圍大、精度高、野外單機作業(yè)等眾多優(yōu)點[3],目前國內(nèi)一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正經(jīng)歷著一個連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設高潮。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)于2007年10月正式啟動,2008年2月完成方案評審,2008年12月建成并投入試運行,2009年5月通過了以寧津生院士為組長的專家組驗收鑒定,總體達到國際先進水平[4]。

系統(tǒng)在全市域完成了7個永久性參考站的建設,并建立了控制中心及對應的網(wǎng)絡環(huán)境。系統(tǒng)站點分布圖如圖1所示。GNSS接收機設備采用Trimble NetR5,GNSS天線設備采用Trimble Zephyr II型大地型天線[5],控制中心端配備了高性能的服務器及存儲陣列。系統(tǒng)自建成以來,已為100多個項目提供了定位服務,拓展了300多個各行業(yè)用戶,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

系統(tǒng)經(jīng)過多年的運行雖能夠滿足日常規(guī)劃及國土、房產(chǎn)等領域的使用需求,但是也暴露出了一定的不足,主要體現(xiàn)在:

1) 參考站站點數(shù)量不足,導致站間距仍然較大,郊縣區(qū)定位精度受到一定影響。

2) 現(xiàn)有系統(tǒng)為GPS+GLONASS雙星服務系統(tǒng),未能實現(xiàn)北斗系統(tǒng)的觀測和解算,與國家大力推進北斗戰(zhàn)略不相符合。

3) 現(xiàn)有系統(tǒng)的并發(fā)服務能力不足,不利于未來拓展系統(tǒng)應用領域和用戶數(shù)量。

4) 各種設備雖然狀態(tài)正常,但使用年限均超過8年,設備性能下降較為嚴重。

5) 原有網(wǎng)絡的服務帶寬已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有包括安全監(jiān)控、遠程操作等服務的要求。

6) 現(xiàn)有的管理平臺GPSnet已經(jīng)不是最新的平臺,在電離層延遲計算、分布式服務、負載均衡方面存在硬傷。

鑒于上述原因,急需對現(xiàn)有的衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)進行全方位的升級改造,使其能夠在現(xiàn)在及未來一段時間內(nèi)滿足各類業(yè)務、各類用戶的使用需要。

2 升級改造過程及要點

沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)升級建設,主要的工作包括新建站點、網(wǎng)絡優(yōu)化、設備調(diào)試、軟件升級等幾個方面。升級后的沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)總體架構圖如圖2所示。

2.1 新建站點

原有沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)站點數(shù)量僅為7個,雖然覆蓋全市域,但密度不夠。本次升級建設在全市域共累計新建站點12個,并通過資源共享等方式合并了相應合作單位的單基站3個,并從站點優(yōu)化的角度拆除了原有1個站點,使得升級后系統(tǒng)的總站點數(shù)量達到22個，其站點分布圖如圖3所示。

升級后的系統(tǒng),其相鄰站點的基線邊長從原有的51 km下降為35.5 km,站間距分布更加合理,基線長度統(tǒng)計如表1所示。相鄰站點基線邊長的降低有效保證了系統(tǒng)的覆蓋度和點位密度,從而提升了系統(tǒng)解算的精度和服務水平[6]。

表1 基準站基線長度統(tǒng)計表

施工建設方面,嚴格按照《CH/T2008-2005全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網(wǎng)建設規(guī)范》[7]以及《GB/T 28588-2012 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行基準站網(wǎng)技術規(guī)范》的技術要求,從地質(zhì)評估、土建施工、設備采購、設備安裝等多個方面嚴把質(zhì)量。

2.2 網(wǎng)絡優(yōu)化

對原有系統(tǒng)的網(wǎng)絡進行優(yōu)化,將原有SDH形式的數(shù)字電路更新為MSTP形式的數(shù)字電路，其技術架構圖如圖4所示。同時,將原有的2 M光纖進行擴容,升級至10 M,并對線路的跳轉(zhuǎn)點進行了深度優(yōu)化,保證了線路上的通訊延遲滿足規(guī)范要求。

由于更新為MSTP模式,在控制中心匯聚端直接出口為RJ-45型接口,可直接接入交換機,不再需要SDH模式下的G.703至RJ-45的協(xié)議轉(zhuǎn)換器[8],減少了中間設備,提升了線路的穩(wěn)定性,也更加易于維護。

2.3 設備升級

GNSS接收機方面,將原有的Trimble NetR5接收機升級至Trimble NetR9 Ti型,從而實現(xiàn)了GPS/GLONASS/Galileo/SBAS/Beidou/QZSS/IRNSS全星座體系數(shù)據(jù)的觀測和存儲,接收機內(nèi)存也升級到了8G,數(shù)據(jù)存儲能力大大提升。

GNSS天線方面,通過對原有站點上的Trimble Zephyr II型天線進行評估,確定了其能夠?qū)崿F(xiàn)全星座體系數(shù)據(jù)的觀測。對于新建的站點,新購的GNSS天線直接升級至Trimble Zephyr III型天線,保證了新建站點能夠?qū)崿F(xiàn)全星座體系數(shù)據(jù)的觀測。

交換機方面,原有的交換機僅為100M交換機,且端口數(shù)量僅為4個。本次直接升級至Huawei S5700S型千兆二級交換機,保證了未來的可擴展性,數(shù)據(jù)交換率和安全性也大大提升。

UPS方面,對原有的APC SUA-1000型UPS進行升級,升級至santekC2K在線式UPS,更換了老舊的蓄電池,更換為santek標配電池,增加了功率,同時實現(xiàn)了在線的控制。

安全設備方面,本次升級對全部站點新增2個高清全景攝像頭,能夠監(jiān)控全部設備的運行狀態(tài),更好地處理運行中出現(xiàn)的問題,提升了系統(tǒng)運維的科技含量和技術水平。

2.4 軟件升級

平臺軟件升級方面,將原有的Trimble GPS-Net V2.74平臺停用,并部署全新的Trimble pivot platformV3.10.Trimble pivot platform為Trimble公司目前最新的參考站運行維護平臺,其采用多層架構，如圖5所示。

其具備GPS/GLONASS/Galileo/BDS/四星座系統(tǒng)的網(wǎng)絡解算能力,并能夠使用目前IGS組織發(fā)布的DCB、ion等第三方產(chǎn)品用于提升解算精度。其RTX數(shù)據(jù)解算引擎采用PPP方式進行驅(qū)動,比采用雙差模型的傳統(tǒng)RTK引擎大幅提升效率,顯著降低系統(tǒng)資源占用,從而實現(xiàn)區(qū)域級甚至國家級的大網(wǎng)統(tǒng)一管理，如圖6所示；并發(fā)用戶數(shù)量從50升級至200,拓展了用戶領域;采用分布式架構,降低了系統(tǒng)負載,全網(wǎng)統(tǒng)一管理能力得到增強。

系統(tǒng)軟件升級方面,將原有的windows server 2003 R2更新至windows server 2012.從而提升了系統(tǒng)健壯性,對于網(wǎng)絡變化以及網(wǎng)絡攻擊的抗壓能力更強,配置更加簡便直接,也與Trimble pivot platform平臺保持對應。

2.5 坐標解算

設備安裝、設備調(diào)試、網(wǎng)絡調(diào)試結束之后,就開始進行觀測。觀測嚴格按照《GB/T18314-2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》的要求進行,從控制中心進行遠程控制和數(shù)據(jù)下載。

觀測完成后,對數(shù)據(jù)進行預處理分析,使用專門研發(fā)的圖形化批量數(shù)據(jù)預處理GBTEQC對觀測文件進行格式歸一化及標準化、觀測質(zhì)量分析等。

預處理結果滿足技術要求后,在國家CORS站以及遼寧省CORS站的整體約束下,使用以GAMIT為代表的科研型精密數(shù)據(jù)處理軟件進行基線處理,并以Bernese軟件進行對比計算。坐標解算站點分布如圖7所示。解算得到的基線重復性結果如表2所示。平差時采用GLOBK軟件進行坐標歸化、速度場估計及單天解聯(lián)合平差,從而得到升級改造后的沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)全部站點的CGCS2000國家大地坐標系下的地心坐標成果,該成果與國家最新發(fā)布的CGCS2000坐標系成果保持完全一致。平差后的定位空間坐標精度如表3所示。

表2 基線重復性統(tǒng)計表

統(tǒng)計項最小值/mm最大值/mm平均值/mmXrms0.10.40.2Yrms0.20.50.3Zrms0.20.50.3Nrms0.10.20.1Erms0.10.20.1Urms0.30.70.4

3 結束語

沈陽市衛(wèi)星導航定位服務系統(tǒng)通過升級建設,其系統(tǒng)覆蓋面積更加擴大,已經(jīng)具備全市域及周邊地區(qū)的服務能力,全網(wǎng)實現(xiàn)了四星座的全網(wǎng)解算,能夠在高遮擋環(huán)境下實現(xiàn)正常定位,系統(tǒng)軟硬件得到提升,系統(tǒng)的整體技術水平上了新臺階。未來將基于現(xiàn)有的平臺,研究如何拓寬系統(tǒng)的服務領域,開展多層次的服務內(nèi)容,豐富系統(tǒng)用戶,在穩(wěn)定的地區(qū)建立永久性基巖參考站,開展區(qū)域地殼變形及高層建筑物變形監(jiān)測服務等。