邰賀

(沈陽(yáng)市勘察測(cè)繪研究院,遼寧 沈陽(yáng)110004)

0 引 言

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS系統(tǒng))可以定義為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站,利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)[1],實(shí)時(shí)地向不同的類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過檢驗(yàn)的不同類型的GNSS觀測(cè)值(載波相位,偽距),各種改正數(shù)、狀態(tài)信息、以及其他有關(guān)的GNSS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)[2]。與傳統(tǒng)的GNSS作業(yè)相比,連續(xù)運(yùn)行參考站具有作用范圍大、精度高、野外單機(jī)作業(yè)等眾多優(yōu)點(diǎn)[3],目前國(guó)內(nèi)一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正經(jīng)歷著一個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)高潮。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)于2007年10月正式啟動(dòng),2008年2月完成方案評(píng)審,2008年12月建成并投入試運(yùn)行,2009年5月通過了以寧津生院士為組長(zhǎng)的專家組驗(yàn)收鑒定,總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[4]。

系統(tǒng)在全市域完成了7個(gè)永久性參考站的建設(shè),并建立了控制中心及對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。系統(tǒng)站點(diǎn)分布圖如圖1所示。GNSS接收機(jī)設(shè)備采用Trimble NetR5,GNSS天線設(shè)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(wù)器及存儲(chǔ)陣列。系統(tǒng)自建成以來(lái),已為100多個(gè)項(xiàng)目提供了定位服務(wù),拓展了300多個(gè)各行業(yè)用戶,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

系統(tǒng)經(jīng)過多年的運(yùn)行雖能夠滿足日常規(guī)劃及國(guó)土、房產(chǎn)等領(lǐng)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(diǎn)數(shù)量不足,導(dǎo)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(wù)系統(tǒng),未能實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)的觀測(cè)和解算,與國(guó)家大力推進(jìn)北斗戰(zhàn)略不相符合。

3) 現(xiàn)有系統(tǒng)的并發(fā)服務(wù)能力不足,不利于未來(lái)拓展系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域和用戶數(shù)量。

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

5) 原有網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)帶寬已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有包括安全監(jiān)控、遠(yuǎn)程操作等服務(wù)的要求。

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

鑒于上述原因,急需對(duì)現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行全方位的升級(jí)改造,使其能夠在現(xiàn)在及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)滿足各類業(yè)務(wù)、各類用戶的使用需要。

2 升級(jí)改造過程及要點(diǎn)

沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)升級(jí)建設(shè),主要的工作包括新建站點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、設(shè)備調(diào)試、軟件升級(jí)等幾個(gè)方面。升級(jí)后的沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖2所示。

2.1 新建站點(diǎn)

原有沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)站點(diǎn)數(shù)量?jī)H為7個(gè),雖然覆蓋全市域,但密度不夠。本次升級(jí)建設(shè)在全市域共累計(jì)新建站點(diǎn)12個(gè),并通過資源共享等方式合并了相應(yīng)合作單位的單基站3個(gè),并從站點(diǎn)優(yōu)化的角度拆除了原有1個(gè)站點(diǎn),使得升級(jí)后系統(tǒng)的總站點(diǎn)數(shù)量達(dá)到22個(gè)，其站點(diǎn)分布圖如圖3所示。

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

表1 基準(zhǔn)站基線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表

施工建設(shè)方面,嚴(yán)格按照《CH/T2008-2005全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)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(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求,從地質(zhì)評(píng)估、土建施工、設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備安裝等多個(gè)方面嚴(yán)把質(zhì)量。

2.2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

對(duì)原有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(shù)架構(gòu)圖如圖4所示。同時(shí),將原有的2 M光纖進(jìn)行擴(kuò)容,升級(jí)至10 M,并對(duì)線路的跳轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)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(jī),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(shè)備,提升了線路的穩(wěn)定性,也更加易于維護(hù)。

2.3 設(shè)備升級(jí)

GNSS接收機(jī)方面,將原有的Trimble NetR5接收機(jī)升級(jí)至Trimble NetR9 Ti型,從而實(shí)現(xiàn)了GPS/GLONASS/Galileo/SBAS/Beidou/QZSS/IRNSS全星座體系數(shù)據(jù)的觀測(cè)和存儲(chǔ),接收機(jī)內(nèi)存也升級(jí)到了8G,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力大大提升。

GNSS天線方面,通過對(duì)原有站點(diǎn)上的Trimble Zephyr II型天線進(jìn)行評(píng)估,確定了其能夠?qū)崿F(xiàn)全星座體系數(shù)據(jù)的觀測(cè)。對(duì)于新建的站點(diǎn),新購(gòu)的GNSS天線直接升級(jí)至Trimble Zephyr III型天線,保證了新建站點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)全星座體系數(shù)據(jù)的觀測(cè)。

交換機(jī)方面,原有的交換機(jī)僅為100M交換機(jī),且端口數(shù)量?jī)H為4個(gè)。本次直接升級(jí)至Huawei S5700S型千兆二級(jí)交換機(jī),保證了未來(lái)的可擴(kuò)展性,數(shù)據(jù)交換率和安全性也大大提升。

UPS方面,對(duì)原有的APC SUA-1000型UPS進(jìn)行升級(jí),升級(jí)至santekC2K在線式UPS,更換了老舊的蓄電池,更換為santek標(biāo)配電池,增加了功率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在線的控制。

安全設(shè)備方面,本次升級(jí)對(duì)全部站點(diǎn)新增2個(gè)高清全景攝像頭,能夠監(jiān)控全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),更好地處理運(yùn)行中出現(xiàn)的問題,提升了系統(tǒng)運(yùn)維的科技含量和技術(shù)水平。

2.4 軟件升級(jí)

平臺(tái)軟件升級(jí)方面,將原有的Trimble GPS-Net V2.74平臺(tái)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(yùn)行維護(hù)平臺(tái),其采用多層架構(gòu)，如圖5所示。

其具備GPS/GLONASS/Galileo/BDS/四星座系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行驅(qū)動(dòng),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(shí)現(xiàn)區(qū)域級(jí)甚至國(guó)家級(jí)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(jí)至200,拓展了用戶領(lǐng)域;采用分布式架構(gòu),降低了系統(tǒng)負(fù)載,全網(wǎng)統(tǒng)一管理能力得到增強(qiáng)。

系統(tǒng)軟件升級(jí)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(duì)于網(wǎng)絡(luò)變化以及網(wǎng)絡(luò)攻擊的抗壓能力更強(qiáng),配置更加簡(jiǎn)便直接,也與Trimble pivot platform平臺(tái)保持對(duì)應(yīng)。

2.5 坐標(biāo)解算

設(shè)備安裝、設(shè)備調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)調(diào)試結(jié)束之后,就開始進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)嚴(yán)格按照《GB/T18314-2009全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》的要求進(jìn)行,從控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)下載。

觀測(cè)完成后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理分析,使用專門研發(fā)的圖形化批量數(shù)據(jù)預(yù)處理GBTEQC對(duì)觀測(cè)文件進(jìn)行格式歸一化及標(biāo)準(zhǔn)化、觀測(cè)質(zhì)量分析等。

預(yù)處理結(jié)果滿足技術(shù)要求后,在國(guó)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(jìn)行基線處理,并以Bernese軟件進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。坐標(biāo)解算站點(diǎn)分布如圖7所示。解算得到的基線重復(fù)性結(jié)果如表2所示。平差時(shí)采用GLOBK軟件進(jìn)行坐標(biāo)歸化、速度場(chǎng)估計(jì)及單天解聯(lián)合平差,從而得到升級(jí)改造后的沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)全部站點(diǎn)的CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的地心坐標(biāo)成果,該成果與國(guó)家最新發(fā)布的CGCS2000坐標(biāo)系成果保持完全一致。平差后的定位空間坐標(biāo)精度如表3所示。

表2 基線重復(fù)性統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)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(jié)束語(yǔ)

沈陽(yáng)市衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)通過升級(jí)建設(shè),其系統(tǒng)覆蓋面積更加擴(kuò)大,已經(jīng)具備全市域及周邊地區(qū)的服務(wù)能力,全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了四星座的全網(wǎng)解算,能夠在高遮擋環(huán)境下實(shí)現(xiàn)正常定位,系統(tǒng)軟硬件得到提升,系統(tǒng)的整體技術(shù)水平上了新臺(tái)階。未來(lái)將基于現(xiàn)有的平臺(tái),研究如何拓寬系統(tǒng)的服務(wù)領(lǐng)域,開展多層次的服務(wù)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(cè)服務(wù)等。