陳明 國家測繪地理信息局國家基礎(chǔ)地理信息中心工程師

武軍酈 國家測繪地理信息局國家基礎(chǔ)地理信息中心副處長

專家視點

我國GNSS連續(xù)運行基準站網(wǎng)現(xiàn)狀及分析

陳明 國家測繪地理信息局國家基礎(chǔ)地理信息中心工程師

武軍酈 國家測繪地理信息局國家基礎(chǔ)地理信息中心副處長

國內(nèi)GNSS連續(xù)運行基準站網(wǎng)建設(shè)全面展開，很多省、市建成或正在建設(shè)基準站網(wǎng)，大部分地區(qū)已經(jīng)開始對社會提供服務(wù)。本文介紹了我國基準站網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀，對其存在的問題進行了深入分析，并就我國基準站網(wǎng)的統(tǒng)籌建設(shè)進行了探討和思考。

GNSS 基準站網(wǎng) 現(xiàn)狀 分析

1 引言

眾所周知，以GNSS連續(xù)運行基準站是建立和維持國家和區(qū)域高精度靜態(tài)、動態(tài)、地心、三維坐標參考框架的現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施，是測繪基準體系和地理空間基礎(chǔ)框架的核心，是國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，可提供實時和準實時的集約化位置服務(wù)，改變原來分散的、行業(yè)相對獨立的數(shù)據(jù)采集和事后處理服務(wù)模式，在國民經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、國家安全和國防等方面都發(fā)揮著十分重要的作用。

CORS技術(shù)改變了傳統(tǒng)的測繪手段，是國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的主要組成部分，可滿足不同行業(yè)用戶對精度定位、快速和實時定位、導(dǎo)航的要求，可及時地滿足城市規(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)、交通監(jiān)控、礦山測量等多種現(xiàn)代化信息化管理需求。

雖然GNSS連續(xù)運行基準站在我國的建設(shè)已經(jīng)如火如荼，而且在國家層面、地方層面、商業(yè)層面都已有較大建設(shè)規(guī)模，但仍然顯現(xiàn)出如下較深層的問題：

●建設(shè)的盲目性和跟從性導(dǎo)致系統(tǒng)之間彼此獨立且投資回報低。

●資源與數(shù)據(jù)共享平臺尚未建立，各地方和行業(yè)系統(tǒng)之間不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，造成資源浪費，不能發(fā)揮數(shù)據(jù)資源在源頭性研究和社會服務(wù)方面的功能。

●站分布不均勻，東部沿海等發(fā)達省份較多，偏遠省份較少等。

●站網(wǎng)管理沒有統(tǒng)一要求。

等等，因此急需在今后的規(guī)劃和政策導(dǎo)引下找出一條平穩(wěn)、合理地發(fā)展GNSS連續(xù)運行基準站的道路。

2 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)調(diào)研和統(tǒng)計，國內(nèi)GNSS連續(xù)運行基準站從1992年武漢IGS站建立開始，經(jīng)過20多年的建設(shè)與應(yīng)用，在全國范圍內(nèi)建設(shè)規(guī)模將達2660站左右。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準服務(wù)系統(tǒng)主要通過國家重大基礎(chǔ)設(shè)施項目、各省（市）自主投資建設(shè)以及其他行業(yè)部門自主建設(shè)，主要包括：

（1）國家級基準站網(wǎng)，主要包括國家現(xiàn)代測繪基準體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一期工程、927一期工程等。

（2）各省、直轄市、自治區(qū)以及地州測繪行政主管部門主導(dǎo)建設(shè)的區(qū)域級衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)，如江蘇省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱“JSCORS”）、安徽省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)（簡稱“AHCORS”）、深圳連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（簡稱“SZCORS”）等。

（3）其他行業(yè)建設(shè)的基準站網(wǎng)，如中國地震局、國家測繪地理信息局等六部委聯(lián)合建設(shè)的中國大陸構(gòu)造監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；國家海洋局建設(shè)的中國沿海GNSS業(yè)務(wù)化觀測系統(tǒng)在沿海56個海洋站增設(shè)的GNSS設(shè)施；中國氣象局建設(shè)的預(yù)警工程、京津冀試驗網(wǎng)等。

表1 國內(nèi)基準站建設(shè)情況表

據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)各類站網(wǎng)建設(shè)情況如表1所示，GNSS基準站分布情況則如圖1所示。

圖1 國內(nèi)基準站建設(shè)分布圖

3 現(xiàn)狀分析

3.1 設(shè)備類型多樣

由于各省CORS站網(wǎng)建設(shè)周期不一致，設(shè)備配置也不盡相同，但絕大部分省市級CORS站配置的GNSS設(shè)備為Trimble、Leica和Topcon3家品牌的，國產(chǎn)品牌如南方測繪、中海達在部分市級網(wǎng)絡(luò)也有應(yīng)用。由于設(shè)備升級更新以及多家廠商合作的情況存在，各省網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備型號也會有差別，如某省CORS網(wǎng)分期建設(shè)，雖然采用的設(shè)備都是統(tǒng)一品牌設(shè)備，但是由于前后型號不一致，性能也不一樣；再如某省CORS網(wǎng)由于納入了多家單位的站點，設(shè)備多樣，國外、國產(chǎn)設(shè)備均有。由此可見，目前國內(nèi)各省CORS網(wǎng)的設(shè)備類型多樣，在建網(wǎng)和服務(wù)中應(yīng)充分考慮設(shè)備和軟件的兼容性。

3.2 觀測場地利用和新建并存

CORS站的觀測場地主要包括氣象臺、地震臺、國土局（所）、建設(shè)局、新征土地、租用土地等幾種方式。由于氣象和地震部門的場地和網(wǎng)絡(luò)方面存在運維保障方面的便利性和可利用性，目前各省CORS系統(tǒng)多和這兩個部門合作共建。一般而言，CORS系統(tǒng)是由測繪地理信息部門主導(dǎo)或牽頭建設(shè)，基準站建設(shè)、設(shè)備、軟件以及技術(shù)支持均由測繪地理信息部門負責(zé)，氣象或地震部門則負責(zé)提供氣象臺或地震臺等觀測場地、氣象專網(wǎng)或地震專網(wǎng)等傳輸網(wǎng)絡(luò)。除此之外，也有一些省份采用征地或租用的方式單獨新建基準站，新建網(wǎng)絡(luò)傳輸線路，或利用市級其他部門如規(guī)劃、國土等部門已建的市級基準站。

3.3 網(wǎng)絡(luò)接入方式不同

和觀測場地相關(guān)，各省CORS的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要包括氣象專網(wǎng)、地震專網(wǎng)、國土專網(wǎng)、單獨接入網(wǎng)絡(luò)等幾種方式。其中和氣象部門合作的省份，如河北、江蘇、江西等，主要采用氣象專網(wǎng)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，一般所有基準站的實時數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)先傳輸?shù)綔y繪地理信息部門，測繪地理信息部門和共建部門建立數(shù)據(jù)傳輸專線，然后再將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)發(fā)給氣象部門。一般來說，測繪地理信息部門能夠通過數(shù)據(jù)專線實時控制各CORS站點情況，實現(xiàn)包括遠程控制、監(jiān)測等功能。

3.4 數(shù)據(jù)情況

CORS站的數(shù)據(jù)主要包括實時數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)文件兩種。其中，實時數(shù)據(jù)流是基準站實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的，主要用于數(shù)據(jù)中心開展網(wǎng)絡(luò)RTK等服務(wù)；數(shù)據(jù)文件可準實時或事后傳輸至數(shù)據(jù)中心，主要用于事后精密數(shù)據(jù)處理、坐標框架計算以及其他服務(wù)。實時數(shù)據(jù)流一般為1Hz，存儲的數(shù)據(jù)文件采樣率有15和30s兩種。數(shù)據(jù)中心端的解算軟件是與設(shè)備廠商品牌密切相關(guān)的，目前主要包括GPSNET、Pivot、Topnet、Spider等。

3.5 坐標框架計算方法不同

各省CORS坐標框架計算方法目前主要采用國內(nèi)IGS站、部分周邊國家GNSS連續(xù)運行基準站以及GPS A、B、C級點進行聯(lián)測，得到基準網(wǎng)ITRF2005框架瞬時歷元坐標和2000國家大地坐標系坐標。但各省CORS中心坐標框架處理方式不同，省級之間地心坐標框架存在系統(tǒng)性差異。為保持坐標框架的一致性和準確性，省級坐標框架應(yīng)通過國家CORS站網(wǎng)建立與國家坐標框架的聯(lián)系，并應(yīng)隨著國家坐標框架變化進行適時更新。

3.6 應(yīng)用服務(wù)覆蓋多行業(yè)

各省CORS系統(tǒng)運行后，可向各行業(yè)提供服務(wù)。從費用方面看，分為免費提供服務(wù)和收費服務(wù)兩種方式，對于各省CORS中心建設(shè)的服務(wù)，目前有的獨立運營，自負盈虧，如江蘇；有的開始收費，但仍然由國家支撐，如山西；有的正在試運行或者免費服務(wù)，如福建、安徽等。從調(diào)研情況來看，各省的客戶群數(shù)量較多，如果采用收費制度，將會解決一部分資金缺口，甚至能自負盈虧。從用戶行業(yè)方面看，其服務(wù)可覆蓋測繪、土地管理、規(guī)劃、交通、水利、氣象、電力、石油、勘察、天然氣、國防等多個行業(yè)。

3.7 政策管理

CORS網(wǎng)作為國家重要空間地理基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)制定相關(guān)政策規(guī)范管理、合理利用、資源共享。部分省份如山東、江蘇在CORS系統(tǒng)政策管理方面，已經(jīng)采取了一些措施，并取得了良好的效果，可為今后國家衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)籌建設(shè)提供相關(guān)經(jīng)驗和參考。

3.8 共建共享情況

目前，各省CORS網(wǎng)的共建共享主要分為行業(yè)間共建共享和地區(qū)間共建共享兩種。其中，行業(yè)間共建共享主要指測繪地理信息、氣象、地震、規(guī)劃等行業(yè)進行合作，共同參與建設(shè)和使用CORS系統(tǒng)；地區(qū)間共建共享主要包括省與市共建共享以及省與省之間共建共享。省市間一般采用并網(wǎng)運行、統(tǒng)一管理的方式實現(xiàn)共享，如山東省級CORS網(wǎng)納入了濟南、日照等市級CORS站點。省與省之間則一般采用各取對方相互接邊區(qū)域部分站點數(shù)據(jù)的方式進行共享，如江蘇、安徽、山東、上海、浙江等地形成的泛長三角地區(qū)CORS聯(lián)合，共享相關(guān)之間接邊區(qū)域的站點數(shù)據(jù)；遼寧、吉林、內(nèi)蒙古和河北等省的共建共享建設(shè)也在籌劃中。

4 問題及解決方案

4.1 加強政策引導(dǎo)

目前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)已開展了諸如基礎(chǔ)測繪、局部地殼運動監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)RTK定位、氣象輔助預(yù)報等方面的應(yīng)用。但是，目前在國家層面尚未制定資源共享機制和信息安全策略等，造成了全國范圍站網(wǎng)布局不合理、數(shù)據(jù)共享困難、重復(fù)建設(shè)以及信息安全薄弱等問題，給國家、省地市行政和資源信息管理帶來了困難。

解決方案：一是制定和完善衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)數(shù)據(jù)資源共享機制，避免重復(fù)建設(shè)和應(yīng)用壁壘；二是制定數(shù)據(jù)資源相關(guān)的統(tǒng)一標準，加強數(shù)據(jù)資源的共享交換，消除資源所有權(quán)對共享的限制。

4.2 北斗升級改造

目前，國內(nèi)基準站大多數(shù)不能完全支持和兼容北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，一般依賴國外衛(wèi)星系統(tǒng)，客觀上帶來安全隱患；且在站網(wǎng)運行過程中，由于電離層對衛(wèi)星定位測量的影響不斷加劇，基于單GPS的差分定位作業(yè)的可用性越來越差。

解決方案：以北斗技術(shù)應(yīng)用的多模多頻衛(wèi)星定位技術(shù)是提高系統(tǒng)可用性的有效手段，也是解決高精度位置信息安全的途徑?；诖?，國家應(yīng)加強投資，對國內(nèi)所有基準站點逐步進行北斗地基增強系統(tǒng)改造。

4.3 全網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃

目前，各省CORS站網(wǎng)的建設(shè)和服務(wù)沒有國家層面上的統(tǒng)一規(guī)劃，國家CORS站網(wǎng)的建設(shè)和服務(wù)總體上落后于各省的建設(shè)進度。分布上，各省系統(tǒng)的基準站分布不均勻，存在超短邊、超長邊，會影響系統(tǒng)的性能和效率；各系統(tǒng)處于獨立運行狀態(tài)之中，系統(tǒng)間存在網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)縫隙；部分系統(tǒng)的基準站相互重疊，甚至在一個地區(qū)有兩個不同單位建立的獨立CORS系統(tǒng)。

解決方案：全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準服務(wù)系統(tǒng)在運行服務(wù)過程中，要根據(jù)服務(wù)情況和應(yīng)用效果，在重大工程、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、經(jīng)濟建設(shè)等重要及站點分布稀疏和信號服務(wù)不穩(wěn)定等區(qū)域，重點加密布設(shè)GNSS基準站，優(yōu)化GNSS基準站空間分布結(jié)構(gòu)，形成全國大地基準框架無縫銜接、統(tǒng)一的大地基準坐標框架，提升全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準服務(wù)系統(tǒng)的運行服務(wù)能力。

4.4 統(tǒng)一坐標框架

由于各省CORS中心坐標框架處理方式不同，導(dǎo)致省級地心坐標框架存在系統(tǒng)性差異。采用不同方法獲得省級坐標框架成果將導(dǎo)致省級間坐標框架不統(tǒng)一，也必將帶來成果應(yīng)用服務(wù)不一致；省級間CORS成果兼容性差，因此要求省級坐標框架必須通過國家CORS站網(wǎng)建立與國家坐標框架的聯(lián)系，并應(yīng)隨著國家坐標框架變化進行適時更新，以確保各省級坐標框架的一致性。

解決方案：GNSS基準站是坐標框架的骨干和主要技術(shù)支撐，是框架中點位三維地心坐標的精度和動態(tài)性的保證。通過全國衛(wèi)星導(dǎo)航基準服務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)籌建設(shè)，匯集全國基準站的數(shù)據(jù)資源，經(jīng)過整體數(shù)據(jù)處理和平差，得到高精度的基準站坐標、速度場和時間序列，可為國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)提供統(tǒng)一的、權(quán)威的國家空間基準框架。

4.5 開展全國服務(wù)

目前，我國基準站互相獨立發(fā)展，各省獨立建設(shè)CORS站網(wǎng)，基本上覆蓋本省區(qū)域，與鄰省未形成共享格局，造成省級之間邊緣區(qū)域存在明顯空白區(qū)、接邊定位精度不統(tǒng)一、站網(wǎng)服務(wù)不均勻。全國范圍內(nèi)未形成連續(xù)可靠、全國無縫覆蓋的服務(wù)。

解決方案：構(gòu)建全國衛(wèi)星導(dǎo)航基準服務(wù)系統(tǒng)，在全國開展廣域米級、分米級和厘米級北斗差分實時服務(wù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享交換，滿足不同精度北斗導(dǎo)航定位用戶的需求，推進衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進和增強北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在測繪行業(yè)的應(yīng)用與服務(wù)水平，提供位置服務(wù)和基礎(chǔ)支撐。

5 結(jié)束語

針對上述目前國內(nèi)CORS網(wǎng)存在的諸多問題，應(yīng)從國家層面統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)，開展全國CORS站網(wǎng)統(tǒng)籌建設(shè)工作。即通過資源統(tǒng)籌、技術(shù)融合，進一步完善現(xiàn)代測繪基準技術(shù)體系，優(yōu)化我國國家連續(xù)運行基準站點分布與網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，在全國范圍內(nèi)建成框架統(tǒng)一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務(wù)高效的全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準服務(wù)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，進一步提高信息化建設(shè)并提升測繪基準成果處理、分析和服務(wù)能力，滿足數(shù)據(jù)成果服務(wù)與應(yīng)用的無縫對接，最終形成覆蓋全國的厘米級實時導(dǎo)航定位服務(wù)的能力，從而大大提升測繪工作為經(jīng)濟社會發(fā)展、國防建設(shè)和科學(xué)研究提供及時、可靠、精準的測繪地理信息保障服務(wù)的能力。

1 陳俊勇,張鵬.在中國構(gòu)建全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運行站網(wǎng)及其服務(wù)系統(tǒng).測繪科學(xué).2009

2 劉經(jīng)南,劉暉.建立我國衛(wèi)星定位連續(xù)運行站網(wǎng)的若干思考.武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版.2003,5

3 過靜珺,王麗,張鵬.國內(nèi)外連續(xù)運行基準站網(wǎng)新進展和應(yīng)用展望.全球定位系統(tǒng).2008

4 劉經(jīng)南,劉暉.連續(xù)運行參考站網(wǎng)絡(luò)—城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施.武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版.2003,6

5 陳俊勇,張鵬,武軍酈.關(guān)于在中國構(gòu)建全球?qū)Ш叫l(wèi)星國家級連續(xù)運行站系統(tǒng)的思考.測繪學(xué)報.2007

6 陳俊勇,黨亞民,程鵬飛.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的進展.大地測量與地球動力學(xué).2007

7 陳俊勇.我國建立現(xiàn)代大地基準的思考.武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版.2002

8 牛之俊,馬宗晉,陳鑫連等.中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò).大地測量與地球動力學(xué).2002,8

9 武軍酈,陳明.關(guān)于建立GNSS連續(xù)運行基準站網(wǎng)相關(guān)規(guī)范的思考.測繪通報.2013,5

Our GNSS Continuously Operating Reference Station Network Status andAnalysis

CORS construction in China is booming,many provinces,cities built or are building CORS network,most areas have begun to provide services to the community.This paper describes the status of the construction of CORS,indepth analysis of the problems of CORS,discuss and think about the plans for the building of our country’s CORS.

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2015-02-18）