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(LAN／WAN)技術組成的網絡，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、計算機網絡技術、數(shù)字通訊技術等高新科技多方位、深度結晶的產物。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、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，通過網絡互聯(lián)，構成新一代網絡化的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. 基準站網子系統(tǒng)

2. 數(shù)據(jù)處理與管理中心

3. 數(shù)據(jù)通信網絡子系統(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. 該網逐步形成覆蓋內蒙古自治區(qū)的GNSS城市控制網，為內蒙古自治區(qū)城市建設、工程建設、房地產管理、地籍管理等提供技術支持和定位基礎。

3. 該網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，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)進行組網為氣象局服務，該網將提供高精度、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：

[1] 《內蒙古自治區(qū)GNSS綜合服務系統(tǒng)建設方案》.2007年6月．

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