江西省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)初探

宣濱 張先

摘 要：連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，簡稱CORS）是一種集合了衛(wèi)星定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字通訊系統(tǒng)等眾多高新技術(shù)于一身采用多方位、深度結(jié)晶的現(xiàn)代高科技技術(shù)的測繪產(chǎn)物，近年來已成為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。簡述CORS系統(tǒng)的組成、分類和技術(shù)方法，以及JXCORS的系統(tǒng)概況。

關(guān)鍵詞：CORS 技術(shù)方法 優(yōu)勢

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-3973（2013）009-119-02

1 引言

由于采用傳統(tǒng)的RTK技術(shù)需要獲得大量的測區(qū)附近的控制點(diǎn)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，需要在項(xiàng)目附近快速建立起大量的基準(zhǔn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這就帶來了響應(yīng)時(shí)間，模型轉(zhuǎn)換等諸多方面的因素的限制， 因此采用傳統(tǒng)的RTK技術(shù)就顯得不合時(shí)宜了。連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)（CORS）系統(tǒng)正好可以解決上述諸多限制，建立CORS系統(tǒng)對于大中城市的基礎(chǔ)測繪來說是實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的一種選擇。全球已有90多個(gè)國家和地區(qū)建成類似系統(tǒng)，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為了統(tǒng)籌規(guī)劃，信息共享，避免重復(fù)建設(shè)，造成資源浪費(fèi)，江西省測繪局和江西省氣象局對建設(shè)JXCORS達(dá)成共識(shí)，聯(lián)合建站，統(tǒng)一管理，信息聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)共享，達(dá)到“一次投資，一個(gè)平臺(tái)，多種服務(wù)”的成效。建成一個(gè)集測繪、氣象、地震、防災(zāi)減災(zāi)等多用途的綜合服務(wù)系統(tǒng)。

2 CORS系統(tǒng)概述

2.1 CORS系統(tǒng)的組成

CORS系統(tǒng)由控制中心，固定參考站，數(shù)據(jù)通信和用戶部分組成。

2.2 CORS系統(tǒng)的分類

按照基站個(gè)數(shù)的多少可分為：

（1）單基站系統(tǒng)，一般是指僅有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行站。其實(shí)單基站系統(tǒng)跟一加一的RTK是非常相似的，其最大變動(dòng)是基準(zhǔn)站采用了一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站來代替。基準(zhǔn)站的主要功能是采用控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星的狀態(tài)，存儲(chǔ)和發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）多基站系統(tǒng)，一般是指在一定的區(qū)域內(nèi)分布著多臺(tái)連續(xù)觀測站，區(qū)域內(nèi)的每個(gè)觀測站都構(gòu)成一個(gè)單基站，這樣的單基站都由一臺(tái)中央控制計(jì)算機(jī)來進(jìn)行一對一控制。

在最初開始使用的網(wǎng)絡(luò)RTK是一般都是利用均勻分布的CORS進(jìn)行單站控制，使用者是從其中一個(gè)有效精度范圍內(nèi)的參考站轉(zhuǎn)入另一個(gè)有效精度范圍內(nèi)的參考站，其實(shí)從嚴(yán)格意義上來講這就是多參考站的常規(guī)RTK。如果要使基線的精度小于等于3cm的話，就必須要在該區(qū)域內(nèi)大量建設(shè)參考站，參考站之間的直線距離必須要小于30km才能實(shí)現(xiàn)。其中的原因就是因?yàn)榫葧?huì)伴隨著基線的增長而衰減，且分布并不是均勻的，所用要想提高這一區(qū)域的覆蓋精度，就必須要架設(shè)更多的參考站。

2.3 CORS系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

與RTK相比，它具有以下主要特點(diǎn)：

（1） 減少了響應(yīng)時(shí)間、增加了作業(yè)半徑；

（2）采用連續(xù)運(yùn)行基站，可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)，工作效率大大提高；

（3）數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)更加完善，有效地消除了各種誤差，差分作業(yè)的可靠性大大增強(qiáng)；

（4）控制點(diǎn)上無需架站，單機(jī)單人作業(yè)，提高了經(jīng)濟(jì)效益；

（5）支撐數(shù)據(jù)流的通訊方式穩(wěn)定可靠，減小了噪聲對于精度的影響；

（6）提供數(shù)字化上網(wǎng)服務(wù)，人人均可獲取數(shù)據(jù)；

（7）GPS在非靜態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用大大提高，特別是在交通工具的精密導(dǎo)航方面。

3 CORS系統(tǒng)的技術(shù)方法

當(dāng)前，就CORS系統(tǒng)而言，國際上主流的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)包括虛擬參考站技術(shù)（VRS）、主輔站技術(shù)（MAC）、FKP技術(shù)三種。

3.1 虛擬參考站（VRS）技術(shù)

虛擬參考站（VRS）技術(shù)，是一種利用每個(gè)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及各基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)來對改區(qū)域的實(shí)時(shí)誤差模型進(jìn)行解算的。再用一些數(shù)學(xué)模型和流動(dòng)站的概略坐標(biāo)，進(jìn)而可以模擬出一個(gè)類似于流動(dòng)站的虛擬參考站的觀測數(shù)據(jù)來，最后要建立觀測方程對數(shù)據(jù)進(jìn)行解算分析。

3.2 主輔站（MAC）技術(shù)

主輔站技術(shù)（MAX），是基于“主輔站概念”推出的新一代參考站網(wǎng)軟件。其基本概念是將全部觀測數(shù)據(jù)（代表整周未知數(shù)），如彌散性的和非彌散性的差分改正數(shù)，流動(dòng)站再接收這些作為網(wǎng)絡(luò)的改正數(shù)據(jù)，進(jìn)行定位解算。

3.3 FKP技術(shù)

FKP技術(shù)基于狀態(tài)空間模型，其利用GPS基準(zhǔn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測以及獲得基準(zhǔn)站已知的坐標(biāo)信息等一些數(shù)據(jù)。對獲取的這些數(shù)據(jù)可以使用卡爾曼濾波進(jìn)行非差處理，處理的結(jié)果可以得到基準(zhǔn)網(wǎng)范圍內(nèi)與時(shí)間或空間相關(guān)的誤差數(shù)據(jù)從而可以有效的改正數(shù)模型，如果將將處理結(jié)果應(yīng)用到觀測值中，就可以很好的消除各種與時(shí)間和空間有關(guān)的誤差，由此就可以比較容易的得到高精度的定位結(jié)果。FKP技術(shù)在對電離層殘差影響的模型化方面的能力是十分有限，F(xiàn)KP技術(shù)僅僅可以應(yīng)用于非常簡單的模型修正。

4 JXCORS系統(tǒng)概述

4.1 系統(tǒng)建設(shè)的過程

江西省測繪局在2005年12月～2007年8月期間已開始進(jìn)行CORS系統(tǒng)建設(shè)的前期調(diào)研工作以及可行性方案編寫、立項(xiàng)的工作；2007年12月，項(xiàng)目可行性方案得到省發(fā)改委的批復(fù)；2008年5月～ 2008年12月基準(zhǔn)站的選點(diǎn)，建設(shè)；2008年12月2日～2009年1月7日進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試；2009年1月進(jìn)行A級網(wǎng)與基準(zhǔn)站聯(lián)測；2009年2月～2009年4月C級網(wǎng)聯(lián)測；2009年5月～2009年6月進(jìn)行整體平差、CORS網(wǎng)（下轉(zhuǎn)第182頁）（上接第119頁）檢測?，F(xiàn)共建立了62個(gè)基站，能為JXCORS系統(tǒng)的200多個(gè)用戶提供完整的高精度定位服務(wù)和GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)。

4.2 系統(tǒng)的功能

（1）提供基準(zhǔn)站GPS觀測數(shù)據(jù)給氣象部門進(jìn)行水汽分析與電離層分析；

（2）在定位信號的有效覆蓋區(qū)域內(nèi)，利用一臺(tái)GPS測量型接收機(jī)可進(jìn)行城市各級控制點(diǎn)測量（非完全蔭蔽區(qū)）；

（3）在定位信號的有效覆蓋區(qū)域內(nèi)，提供GPS實(shí)時(shí)測量，滿足非蔭蔽區(qū)工程測量、地圖修測等項(xiàng)要求；

（4）為江西省全境提供實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航服務(wù)。

4.3 系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

（1）參考站采用美國Trimle NetRS儀器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，服務(wù)方式符合國際標(biāo)準(zhǔn)，可提供精密定位、快速定位、實(shí)時(shí)定位、導(dǎo)航等功能，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、防災(zāi)減災(zāi)、船舶車輛導(dǎo)航、交通監(jiān)控等行業(yè)的定位導(dǎo)航需求。

（2）該系統(tǒng)采用先進(jìn)的虛擬參考站技術(shù)（VRS）。這種技術(shù)，解算速度快，解算成果可靠，系統(tǒng)覆蓋范圍廣。經(jīng)測試，厘米級定位精度覆蓋范圍可達(dá)13582平方公里。

（3）該系統(tǒng)既可在線提供基于國家統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)的實(shí)時(shí)3維坐標(biāo)（B、L、H），又可在線提供基于地方坐標(biāo)系的3維坐標(biāo)（x、y、h）。

（4）該系統(tǒng)支持CORS臨時(shí)組網(wǎng)和虛擬組網(wǎng)技術(shù)，可以在CORS網(wǎng)內(nèi)或網(wǎng)外150km范圍內(nèi)架設(shè)臨時(shí)參考站，可以極大提高系統(tǒng)使用范圍或網(wǎng)內(nèi)使用精度。虛擬組網(wǎng)技術(shù)將兩組獨(dú)立的CORS網(wǎng)絡(luò)連接，形成虛擬參考站服務(wù)區(qū)域，可以彌補(bǔ)不同CORS網(wǎng)絡(luò)之間的空隙，采用這種技術(shù)還可以與鄰省CORS網(wǎng)的無縫兼容。

4.4 系統(tǒng)存在的問題及建議

系統(tǒng)自試運(yùn)行以來存在信號經(jīng)常中斷，下午觀測質(zhì)量差等問題，其原因與用戶設(shè)置，當(dāng)?shù)氐腉PRS信號差，太陽黑子運(yùn)動(dòng)頻繁等因素有關(guān)，個(gè)人建議在上午觀測較好，另系統(tǒng)工作人員還應(yīng)完善解算軟件的電離層數(shù)學(xué)模型。

5 結(jié)束語

JXCORS能滿足各行業(yè)不同用戶對導(dǎo)航、精密定位及快速實(shí)時(shí)定位的需求，為“數(shù)字江西”提供高精度動(dòng)態(tài)空間定位信息服務(wù)。JXCORS系統(tǒng)的建立對江西各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展具有重要地現(xiàn)實(shí)意義，發(fā)展和應(yīng)用前景被普遍看好，JXCORS技術(shù)將為江西未來的發(fā)展提供科學(xué)合理的依據(jù)。

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