湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

錢強強，張滇，楊國華

(1.湖州市測繪院，浙江 湖州 313000； 2.諸暨中專，浙江諸暨 311800)

湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

錢強強1?，張滇1，楊國華2

(1.湖州市測繪院，浙江 湖州 313000； 2.諸暨中專，浙江諸暨 311800)

湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)采用虛擬參考站技術(shù)，建有5個永久性基準站，覆蓋全市范圍約5 800 km2。本系統(tǒng)與湖州市似大地水準面精化成果的結(jié)合，使用戶可以實時得到平面坐標、高程，真正實現(xiàn)了實時三維空間定位的功能。

HUZCORS；網(wǎng)絡(luò)RTK；VRS；似大地水準面模型

1 引 言

湖州市位于浙江省西北部，北瀕太湖，與江蘇省接壤，南臨杭州市；東接嘉興市，西與安徽省交界，總面積5 800 km2。湖州地處長三角地區(qū)，近年來經(jīng)濟發(fā)展迅猛，城市建設(shè)飛速發(fā)展，針對城市測繪的要求越來越高。所以，建立湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(簡稱HUZCORS)，意義重大。HUZCORS是現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等技術(shù)進行多方位、高深度的集成，可以全自動、全天候、實時提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域的高精度三維坐標和時間信息；它是湖州市實現(xiàn)城市現(xiàn)代化管理和數(shù)字城市所不可缺少的重要組成部分，滿足湖州市基礎(chǔ)測繪、國土規(guī)劃、土地管理、工程建設(shè)、形變監(jiān)測、交通監(jiān)控、港口管理、公共安全等方面對定位導(dǎo)航服務(wù)的需求。

2 系統(tǒng)組成

HUZCORS以GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的觀測技術(shù)為主，亦考慮到兼容GLONASS和伽利略系統(tǒng)。本系統(tǒng)由基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)5個部分組成。各個基準站與數(shù)據(jù)處理中心間通過VPN光纖傳輸線路連接成一體，形成CORS的專用網(wǎng)絡(luò)。

基準站網(wǎng):由5個GPS衛(wèi)星連續(xù)觀測跟蹤站和相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成。負責(zé)采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并輸送至數(shù)據(jù)處理中心，同時提供系統(tǒng)完好性監(jiān)測服務(wù)。

數(shù)據(jù)處理中心:系統(tǒng)的控制中心，設(shè)置在湖州市測繪院信息中心。用于接收各基準站數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，形成多基準站差分定位數(shù)據(jù)，組成一定格式的數(shù)據(jù)文件，分發(fā)給用戶。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng):各基準站數(shù)據(jù)通過VPN光纖傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。

數(shù)據(jù)發(fā)播系統(tǒng):系統(tǒng)通過因特網(wǎng)的形式向用戶發(fā)播定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

用戶應(yīng)用系統(tǒng):包括用戶信息接收系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)型RTK定位系統(tǒng)、事后和快速精密定位系統(tǒng)及自主式導(dǎo)航系統(tǒng)和監(jiān)控定位系統(tǒng)等。

3 系統(tǒng)建立

2008年6月份開始，耗時6個月完成系統(tǒng)基準站建設(shè)、數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等工作，經(jīng)過兩個月的調(diào)試和試運行，HUZCORS系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠提供給用戶實時定位服務(wù)。

3.1 基準站的建立

HUZCORS的5個GPS連續(xù)運行基準站中兩個站為基巖站，3個站為屋頂型基站。站間平均間距約40.7 km，最短站間距為湖州站至長興站距離 24 km，最長站間距為南潯站至德清站距離達55 km。GPS接收機用標準RJ45接口接入VPN網(wǎng)絡(luò)，所有設(shè)備通過UPS電源供電。

湖州市GPS CORS站相鄰點基線南北方向分量測量的精度平均值為±0.3 mm，東西方向分量測量的精度平均值為±0.4 mm；相鄰GPS點基線垂直分量測量的精度平均值為±1.4 mm；湖州市GPS CORS站基線相對中誤差最大值為7.93×10－8，平均值為1.45×10－8。

湖州市GPS CORS站空間直角坐標X方向的精度平均值為±0.6 mm，Y方向的精度平均值為±0.9 mm，Z方向的精度平均值為±0.6 mm；湖州市GPS CORS站南北方向的精度平均值為±0.3 mm，東西方向的精度平均值為±0.4 mm，高程方向的精度平均值為±1.2 mm。

湖州市GPS CORS站基線精度統(tǒng)計表 表1

湖州市GPS CORS站坐標精度統(tǒng)計表 表2

3.2 數(shù)據(jù)處理中心架構(gòu)

數(shù)據(jù)處理中心是系統(tǒng)的管理與數(shù)據(jù)處理中心，它按照國家對機房建設(shè)設(shè)計的規(guī)范要求進行建設(shè)。機房恒溫、無塵的工作環(huán)境能保證 24 h安全運行，并且具有實用、可靠、可擴展及升級等性能。數(shù)據(jù)中心處理軟件選用Trimble公司提供的GPSNet軟件。數(shù)據(jù)中心由一臺服務(wù)器完成數(shù)據(jù)處理、分發(fā)、用戶管理等工作，另一臺服務(wù)器做備份機。

3.3 數(shù)據(jù)通訊的選定

(1)基準站到數(shù)據(jù)中心

基準站到數(shù)據(jù)中心利用光纖VPN網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)連接，帶寬為2 M；Net R5 GPS接收機通過RJ45端口直接接入VPN網(wǎng)絡(luò)。這種方式減少了連接的中間環(huán)節(jié)，最大限度減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間延遲，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實時傳輸，保證了網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性。該方式同時也作為數(shù)據(jù)中心原始數(shù)據(jù)完好性檢驗的通訊鏈路，確保了數(shù)據(jù)中心記錄的觀測數(shù)據(jù)和接收機內(nèi)存中的原始數(shù)據(jù)一致?？刂浦行闹苯油ㄟ^VPN網(wǎng)絡(luò)，利用TCP/IP協(xié)議，用IE瀏覽器可以直接對接收機進行遠程的設(shè)置和監(jiān)控。

(2)數(shù)據(jù)中心到流動站

使用GPRS通訊方式的用戶可通過因特網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)中心固定IP地址的方式獲取系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)。湖州大部分地區(qū)已開通EDGE網(wǎng)絡(luò)，其最高理論傳輸速度可達 384 kbps；GPRS具有永遠在線、按流量計費、高速傳輸、語音數(shù)據(jù)自由切換等特點，GPRS可以支持200 kbps左右的傳輸速率。對于事后處理所要求的數(shù)據(jù)，采用Internet方式訪問系統(tǒng)運行網(wǎng)站。

4 與湖州市似大地水準面精化模型的有效結(jié)合

GPS定位可以便捷地獲得點位的位置，但如果缺乏一個具有相應(yīng)精度和高分辨率的似大地水準面模型，會使大地高至正常高的轉(zhuǎn)換中高程精度嚴重損失。似大地水準面精化模型不僅是采用GPS技術(shù)代替常規(guī)水準測量的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)城市精密三維空間測量的重要環(huán)節(jié)。湖州市似大地水準面精化項目是利用現(xiàn)代大地測量的高新技術(shù)手段進行高精度GPS、水準測量，進而利用湖州市的地面和臨近區(qū)域的重力資料、高分辨率地形數(shù)據(jù)、衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)、GPS水準資料和最新地球重力場模型，最終確定出湖州市域內(nèi)高分辨率、厘米級高精度似大地水準面的格網(wǎng)數(shù)值模型。湖州似大地水準面成果的應(yīng)用，大大提高了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和更新的速度，為“數(shù)字湖州”奠定了基礎(chǔ)，對城市現(xiàn)代化建設(shè)具有極大的作用。更重要的是，由GPS、水準測量、重力數(shù)據(jù)等綜合精化的高精度、高分辨率湖州市似大地水準面成果將可以實現(xiàn)與湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(HUZCORS)的無縫融合、資源共享，提供高精度的GPS高程框架，得到城市規(guī)劃、建設(shè)、管理所真正需要的湖州85高程系統(tǒng)，使得該衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)真正具備提供全動態(tài)、全覆蓋、實時三維高精度測量的能力，從而倍增系統(tǒng)的效能。

5 系統(tǒng)精度

9月13日～9月30日，湖州市測繪院采用Trimble R8 GNSS接收機，對湖州市GPS D級控制網(wǎng)中26個點進行檢測，每個點重新初始化測量3次，獲取3組90個觀測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)覆蓋網(wǎng)內(nèi)有11個點，網(wǎng)外有15個，最遠點距離36.5 km。同時，采用徠卡ATX1250、華測X91、中海達V8接收機分別進行6個點的測試。統(tǒng)計測試結(jié)果表明，系統(tǒng)內(nèi)外符合精度和兼容性都達到系統(tǒng)設(shè)計指標。

精度統(tǒng)計表(單位/m) 表3

高程精度統(tǒng)計表(單位/m) 表4

6 結(jié) 語

HUZCORS系統(tǒng)的基本功能就是滿足城市測繪工作需要。湖州市測繪部門每天要從事大量的城市基礎(chǔ)測繪工作，如大比例尺地形測圖、放線、管線探測、地籍、房產(chǎn)測量、建筑物變形監(jiān)測等。系統(tǒng)運行后，用戶可以實現(xiàn)實時動態(tài)厘米級精度的定位應(yīng)用，適用于城市實時控制測量，實時小區(qū)域大比例尺測圖與修測、工程放樣和工程監(jiān)測等；可以實現(xiàn)實時動態(tài)米級、分米級精度的定位應(yīng)用，適用于相應(yīng)精度的測圖應(yīng)用或GIS數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)可以逐步建立起從靜態(tài)、動態(tài)到高動態(tài)，從事后、準實時到實時，從毫米級、厘米級到亞米級精度的城市基礎(chǔ)信息服務(wù)體系，并建立城市空間基礎(chǔ)設(shè)施的三維、動態(tài)、地心坐標參考框架。湖州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用是湖州市大地測量技術(shù)的一重大改革，徹底改變了過去城市測量靜態(tài)的、平面加高程的定位方式，真正實現(xiàn)了湖州市城市三維空間定位，將會極大地提高生產(chǎn)力，也為城市測繪現(xiàn)代化的發(fā)展提供了可能，搭建了城市三維導(dǎo)航定位的空間基礎(chǔ)平臺。為構(gòu)建“數(shù)字湖州”地理空間奠定了基礎(chǔ)框架。

[1]劉經(jīng)南，劉暉.連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)——城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J].地理空間信息，2003(3)

[2]馬建平，高星偉，程鵬飛.浙江省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計與試驗[J].測繪科學(xué)，2008(5)

[3]CH/T 2008－2005－2005.全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范[S].

[4]GB/T 18314－2001.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

Huzhou Continuous Operational Reference System Construction

Qian QiangQiang1，Zhang Dian1，Yang GuoHua2
(1.Huzhou Institute of Surveying and Mapping，Huzhou 313000，China；2.Zhuji Secondary Profession School，Zhuji 311800，China)

Huzhou Continuous Operational Reference System that applies the technology of the VRS，had been made of 5 permanent reference stations.The covered area of the HUZCORS is 5800 square kilomenters.In the whole city the user can receives plane coordination and normal height throught both the HUZCORS and the quasigeoid model.So the system realizes the location function of three－coordination in real time.

HUZCORS；Network RTK；VRS；Quasigeoid Model

1672－8262(2010)03－59－03

P228

B

2009—09—14

錢強強(1977—)，男，工程師，主要從事測繪生產(chǎn)、管理工作。