ＧＮＳＳ連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)的建設(shè)

朱明建　張　偉

摘要:SOUTH CORS GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)是一個(gè)高度集成化的測量系統(tǒng),將尖端的GNSS測量技術(shù)和傳統(tǒng)的常規(guī)測量技術(shù)結(jié)合在一起,提供了一整套數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)管理的先進(jìn)解決方案。本文著重論述了CORS的概念、優(yōu)缺點(diǎn)、分類、用途及原理,為建立城市GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)提供幫助。

關(guān)鍵詞:GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站 衛(wèi)星定位 GPS RTK 單基站多基站

一、CORS的概念

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(Continuous Operational Reference System,簡稱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),實(shí)時(shí)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(yàn)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(guān)的GNSS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。

二、CORS的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的GNSS作業(yè)相比連續(xù)運(yùn)應(yīng)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),目前國內(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。其優(yōu)點(diǎn)如下:

1.具有跨行業(yè)特性,可面向不同類型的用戶,不再局限于測繪領(lǐng)域及設(shè)站的單位和部門。

2.可同時(shí)滿足不同需求的用戶在實(shí)時(shí)性方面的差異,能同時(shí)提供RTK、DGPS、靜態(tài)或動態(tài)后處理及現(xiàn)場高精度準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.能兼顧不同層次的用戶對定位精度指標(biāo)的要求,提供覆蓋米級、分米級、厘米級的數(shù)據(jù)。

4.覆蓋范圍廣、作業(yè)效率高、一次投資長期收益的特點(diǎn),成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新方向。

5.提供穩(wěn)定、統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系給所有用戶共享,規(guī)范基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)。

6.提高作業(yè)區(qū)域的精度一致性,降低系統(tǒng)誤差,提高作業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

7.提高生產(chǎn)效率,單人測量系統(tǒng)成為GNSS主流作業(yè)模式。

三、CORS的分類

CORS技術(shù)在用途上可以分成單基站CORS、多基站CORS和網(wǎng)絡(luò)CORS。

單基站CORS:就是只有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行站。類似于一加一或一加多的RTK,只不過基準(zhǔn)站是由一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基站代替,基站同時(shí)又是一個(gè)服務(wù)器,通過NRS-SERVER軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài),存儲靜態(tài)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)發(fā)送差分信息。

多基站CORS:是分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺連續(xù)運(yùn)行的基站,每一個(gè)基站都是一個(gè)單基站系統(tǒng),由控制軟件自動計(jì)算流動站與基站間的距離,將距離近的基站差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給流動站。

網(wǎng)絡(luò)CORS:就是采用網(wǎng)絡(luò)參考站系統(tǒng)軟件,對分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)綜合誤差改正建模,盡可能消除區(qū)域內(nèi)流動站觀測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)綜合誤差,從而獲得高精度的實(shí)時(shí)定位結(jié)果。

在范圍、復(fù)雜性和投資上單基站CORS、多基站CORS和網(wǎng)絡(luò)CORS有著較大的差異。如下表:

四、CORS的用途

由于GNSS技術(shù)已得到廣泛認(rèn)同,GNSS的應(yīng)用具有跨行業(yè)特性,CORS系統(tǒng)的服務(wù)也不再局限于測繪領(lǐng)域,它同時(shí)可以被用于檢測地殼運(yùn)動,提供測量控制,支持測量、GIS數(shù)據(jù)采集、機(jī)械控制以及精密定位和監(jiān)測等。

(一)測量控制

與傳統(tǒng)的常規(guī)儀器和GNSS作業(yè)相比,CORS系統(tǒng)的效益要高得多。對于一個(gè)局部區(qū)域、鎮(zhèn)、市、漏天礦場或施工現(xiàn)場,可能一兩個(gè)獨(dú)立的參考站就可以滿足要求,若要為一個(gè)大中市區(qū)、地級市或全省提供完整的GNSS服務(wù)覆蓋,則需要一個(gè)多參考站。

(二)GIS數(shù)據(jù)采集

隨著城市的發(fā)展和各種應(yīng)用的提出,GIS數(shù)據(jù)采集也成為測繪工作十分重要的一種應(yīng)用,GIS數(shù)據(jù)包括有空間位置和屬性信息兩方面,CORS可以滿足GIS數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用要求。GIS數(shù)據(jù)采集應(yīng)用可分為事后處理和實(shí)時(shí)兩種方式。

(三)全國土地二次調(diào)查中的應(yīng)用

CORS系統(tǒng)可分為RTK和手持GNSS提供所需的差分信息,將廣泛用于土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫的更新、新地形的測量和現(xiàn)有土地調(diào)查信息的復(fù)制,高效快捷,確保數(shù)據(jù)的精度。

(四)變形監(jiān)測

在可能發(fā)生地震、滑坡的地區(qū),常采用分布適當(dāng)?shù)腉NSS參考站來監(jiān)測地殼運(yùn)動,通過對CORS網(wǎng)中的各參考站天線位置的計(jì)算來進(jìn)行地殼運(yùn)動的分析。

(五)車輛監(jiān)控和調(diào)度管理

將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通訊技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起,可以為用戶提供全新、透明、可視、實(shí)施、互動、形象化的車輛跟蹤調(diào)度管理服務(wù)。

(六)氣象分析

利用GNSS無線電信號穿越大氣圈時(shí)受到電離層與對流層的彌散效應(yīng)和出現(xiàn)的折射現(xiàn)象,進(jìn)行數(shù)值分析,特別是可以精確的提取大氣層中的水分含量和分布,從而對可能出現(xiàn)的降水時(shí)間和強(qiáng)度作出前所未有的精確預(yù)報(bào),服務(wù)于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通、旅游、體育和社會公共活動的精密部署,減少災(zāi)害性天氣給各行各業(yè)帶來的生命財(cái)產(chǎn)損失。

五、CORS的原理及指標(biāo)

(一)單/多基站CORS的原理

單基站CORS:類似于一加一或一加N的RTK,只不過基準(zhǔn)站有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)戰(zhàn)代替,它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起,為用戶提供了全新、透明、科室、實(shí)施的測量服務(wù)。基準(zhǔn)站上有一個(gè)控制軟件實(shí)施監(jiān)測衛(wèi)星的動態(tài),存儲和發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù),同時(shí)有一個(gè)服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)差分服務(wù)和用戶管理。

多基站CORS:使分布在一定區(qū)域內(nèi)的多個(gè)單基站,他們都將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)服務(wù)器。流動站作業(yè)時(shí),只要發(fā)送他的位置信息到服務(wù)器,系統(tǒng)自動將距離近的基站差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給流動站。這樣就確保了流動站在多基站CORS覆蓋區(qū)域移動作業(yè)時(shí),系統(tǒng)總能提供距離流動站最近的參考站數(shù)據(jù)。

(二)單/多基站CORS的特點(diǎn)

1.投入較少:隨著單/多基站技術(shù)的成熟,只要投入較少的資金即可在一個(gè)較小的城市建立一個(gè)或多個(gè)CORS基站,滿足當(dāng)?shù)販y量用戶不同層次空間信息技術(shù)服務(wù)的需要。基站建成后,基站所在城區(qū)及近郊區(qū)、城市進(jìn)出口主要交通沿線,以及以基站為中心三十公里范圍內(nèi)區(qū)縣、城鎮(zhèn)、城鄉(xiāng)地區(qū)實(shí)現(xiàn)快速厘米級實(shí)時(shí)定位和事后差分。

2.隨時(shí)可以升級和擴(kuò)展:單/多基站系統(tǒng)可以隨時(shí)增加新的基站,加大實(shí)時(shí)RTK作業(yè)的覆蓋區(qū)域,一旦建立網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)的條件成熟,只要進(jìn)行系統(tǒng)軟件升級,單/多基站CORS系統(tǒng)即可輕松的升級成網(wǎng)絡(luò)CORS系統(tǒng)。

3.數(shù)據(jù)可靠、穩(wěn)定、安全:基站可連續(xù)觀測,靜態(tài)數(shù)據(jù)全天候采集,點(diǎn)位精度高,數(shù)據(jù)穩(wěn)定;用戶登錄采取授權(quán)方式,數(shù)據(jù)中心可以管理登錄用戶,數(shù)據(jù)安全性較高。

4.作業(yè)范圍廣:作業(yè)半徑可以擴(kuò)大到40公里,能夠?qū)崿F(xiàn)快速厘米級實(shí)時(shí)定位及事后差分。

5.施工周期短:單/多參考站技術(shù)經(jīng)過實(shí)踐表明它是一種比較成熟的技術(shù),從方案落實(shí)開始采購設(shè)備、安裝調(diào)試,到驗(yàn)收運(yùn)行整個(gè)建設(shè)周期基本上在一個(gè)月之內(nèi)。

(三)單/多基站CORS的技術(shù)指標(biāo)

(四)網(wǎng)絡(luò)CORS的原理

在網(wǎng)絡(luò)CORS中,分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺基準(zhǔn)站將所有的原始數(shù)據(jù)傳回中心,通過系統(tǒng)軟件對收到的各基站的坐標(biāo)和原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)綜合誤差建模。RTK移動站在工作時(shí),先向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)(GGA數(shù)據(jù)),控制中心收到這個(gè)位置信息后,根據(jù)用戶位置,由計(jì)算機(jī)自動將該位置改正的GNSS軌道誤差,電離層,對流層和大氣折射應(yīng)起的誤差發(fā)給移動站。這個(gè)差分信號的效果相當(dāng)于在移動站旁邊,生成了一個(gè)模擬的參考基站,從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題,并保證了用戶的精度。

(五)網(wǎng)絡(luò)CORS的技術(shù)指標(biāo)

六、結(jié)束語

作為空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施,連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位(CORS)系統(tǒng)的建設(shè)逐漸成為數(shù)字城市和信息化建設(shè)的重要內(nèi)容,許多城市已將CORS的建設(shè)列入政府基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃。隨著CORS在我國的普及,城市CORS今后面臨的主要問題,是研究如何拓寬系統(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)測服務(wù)等。此外,還需要逐步探索并完善CORS的服務(wù)和維護(hù)模式,建立有關(guān)CORS的建設(shè)規(guī)范,開拓并引導(dǎo)市場。

參考文獻(xiàn):

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[3]黃丁發(fā),丁建偉. 差分GPS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2000(4):375-378。

(作者單位:1,2河南省測繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督站)