内蒙古自治区GNSS连续运行参考站系统的建立

赵新刚 刘燕青

摘要:本文详细论述了GNSS连续运行参考站系统的组成，介绍了内蒙古自治区GPS连续运行参考站系统的建设目标、建设原则、基本技术要求、系统功能及参考站的构成，最后介绍了系统为社会提供信息服务的前景。

关键词：GNSS连续运行参考站系统 RTK GNSS测量定位技术

一、 序言

目前高精度GPS实时动态定位技术和区域大地水准面精化技术已经成为测绘科学尤其是大地测量领域研究的热点。常规GPS测量定位技术，尤其是传统的RTK定位技术是一种基于单基准站和高精度载波相位观测值的实时动态定位技术，其作业成本大、操作繁琐。随着人们对定位精度和作业效率要求的不断提高，如何摆脱传统RTK作业复杂性和在更大的范围内实现高精度动态定位的问题更加突出。同时，网络技术、计算机技术、无线通讯技术近年来迅猛发展，使得大量数据实时传输和处理成为可能。因此必须寻找一种新的、高效的、廉价的、实时高精度动态定位方式。在这些需求和条件下，GNSS连续运行参考站系统(GNSS continuously operating reference stations system)应运而生，通常我们简称其为CORS系统。

二、GNSS连续运行参考站系统

GNSS连续运行参考站系统（CORS）为一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站，是利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值(载波相位，伪距)、各种改正数、状态信息以及其他有关GNSS服务项目的系统。它是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。与传统的GPS作业相比连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。CORS 随着GNSS技术的飞速进步和应用普及，它在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统已成为城市GNSS应用的发展热点之一。

CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。

CORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式，其主要优势体现在：

1. 改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围；

2. 采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；

3. 拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性；

4. 用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；

5. 使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；

6．提供远程INTERNET服务，实现了数据的共享；

7．扩大了GPS在动态领域的应用范围，更有利于车辆、飞机和船舶的精密导航；

8．为建设数字化城市提供了新的契机。

CORS系统不仅是一个动态的、连续的定位框架基准，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的重要的城市基础设施，CORS可在城市区域内向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息，并实现城市测绘数据的完整统一，这将对现代城市基础地理信息系统的采集与应用体系产生深远的影响。它不仅可以建立和维持城市测绘的基准框架，更可以全自动、全天候、实时提供高精度空间和时间信息，成为区域规划、管理和决策的基础。该系统还能提供差分定位信息，开拓交通导航的新应用，并能提供高精度、高时空分辨率、全天候、近实时、连续的可降水汽量变化序列，并由此逐步形成地区灾害性天气监测预报系统。此外，CORS系统可用于通信系统和电力系统中高精度的时间同步，并能就地面沉降、地质灾害、地震等提供监测预报服务、研究探讨灾害时空演化过程。

三、内蒙古自治区GPS连续运行参考站系统的建立

城市数字化和数字城市是现代化城市的发展趋势，空间数据基础设施是数字城市的基础，建立内蒙古自治区GPS连续运行参考站系统是内蒙古城市空间数据基础设施的重要组成部分。

作为自治区系统的一部分，本系统在设计、施工中，充分考虑了扩展性，率先运用了分布式系统技术，使得本系统既可独立运行也能与其它城市的系统互联形成跨城市、地区的区级系统，实现有限资源的共享。

内蒙古自治区GNSS综合服务系统首先在呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市等地建立若干个连续运行的永久性参考站，通过网络互联，构成新一代网络化的GNSS综合服务系统，不仅可以向各级测绘用户提供精度、连续的空间基准，并可向导航、时间、灾害防治等部门提供各种数据服务。内蒙古自治区GNSS综合服务系统是“数字内蒙”信息化建设的主要基础工程之一，可为社会各行业——诸如市政工程、工程建设、交通、气象、环境、抢险救灾等提供迅速、可靠、有效的信息服务，满足基础测绘、交通运输管理、环保监测、滑坡监测、建筑物沉降变形监测、移动目标的监控、地理信息更新和国土资源调查、地质灾害预报、气象预报等信息需求。

系统主要包括以下几个子系统：

1. 基准站网子系统

2. 数据处理与管理中心

3. 数据通信网络子系统

4. 用户服务子系统

5. 用户应用系统

（一）系统建设目标

1. 内蒙古自治区连续运行GNSS基准站系统（简称NMCORS）将分阶段进行，首期建设目标是建设以呼包鄂为中心的15个GNSS连续运行基准站组成的参考站网和一个数据处理中心。覆盖内蒙古自治区三市区和周边地区，实现网络RTK作业，同时也可以实现DGPS作业，基准站平均站间距约50公里，以达到控制内蒙古三市区及周边地区为目的。

2. 该网逐步形成覆盖内蒙古自治区的GNSS城市控制网，为内蒙古自治区城市建设、工程建设、房地产管理、地籍管理等提供技术支持和定位基础。

3. 该网将成为内蒙古自治区地震及地质灾害预报的重要组成部分，将为内蒙地区地壳形变监测、断裂带监测、滑坡监测、地面沉降监测提供测量基准。

4. 利用分布在内蒙古自治区的3个跟踪站的连续观测数据进行组网，实时发布RTK差分数据（精度1—5厘米），为内蒙地区GIS用户、地籍测量、房产测量、工程测量、水工及水下地形测量、公路与铁路测量、精准农业、环保测量等用户提供快速高精度定位服务。

5. 利用分布在内蒙古自治区3个跟踪站的连续观测数据进行组网为气象局服务，该网将提供高精度、高时空分辨率、全天候、近实时的水汽变化参数，并由此逐步形成一个新的内蒙地区灾害性天气预报系统。

（二）系统的建设原则

NMCORS的建设坚持“技术先进、高效可靠、经济实用、容易扩展”的原则，按由内而外的次序分期进行，为今后系统的扩展和改造奠定基础。当前系统建设的原则是：

1. 在满足系统技术要求的条件下以最小的、合理分布的基准站、实现最大范围的覆盖；

2. 有利于系统总体目标的实现及系统分阶段建设；

3. 采用目前最先进、最完善的GNSS基准站网建站技术；

4. 系统结构应该体现简洁、适用、操作简便和低成本运行；

5. 利用目前国内外先进的通信技术，尽量采用公共通迅网统一频点、统一标准、统一管理，以节约频率资源，提高效率；

6. 系统兼顾目前及今后的发展。

（三）基本技术要求

1. 基准站无人值守，自动运行，年运行可靠率95%以上；

2. 卫星定位系统接收机主机或其外部存储器的容量应能保证至少存储20天的1秒采样数据和相应的气象数据（气温、气压、湿度）；

3. 在断电（交流电）情况下，可依靠备用电源连续工作48小时以上；

4. 可实时传输基准站观测数据，并与控制中心实现双向通信；

5. 具备系统设备完好性检测功能，系统自动对设备进行自检，出现问题时具有远程报警能力；

6. 支持数据中心以远程方式对基准站进行设定、控制和检测。设定包括：接收机参数、计算机参数、气象仪器参数；控制包括：接收机启动与关闭、接收机参数的修改、数据传输控制；检测包括：接收机状态、计算机状态、电源状态。

7. 系统数据中心与各基准站之间的数据传输方式应支持ADSL或ISDN拨号等形式。

（四）系统功能

1. 在网络RTK定位信号的有效覆盖区域内，用户利用一台GNSS测量型接收机即可进行精度达到厘米级定位测量（非完全荫蔽区）。

2. 在全部网络定位信号的有效覆盖区域内，利用一台GNSS测量型接收机进行DGPS定位，精度达到亚米级。

3. 在定位信号的有效覆盖区域内，满足非荫蔽区工程测量、地图修测等控制测量要求。

4. 数据中心可以利用GSM、GPRS、CDMA技术中的一种向系统覆盖区域内的用户广播差分修正信息。

5. 通过Internet实现向系统覆盖区域内用户提供事后精密定位服务所需的数据。

6. 系统安全性良好，能够有效抵御天气等外界因素对系统正常运转的影响，同时防止非授权用户通过网络等其它手段访问系统。

（五）参考站的构成

1. 室外设备包括观测墩，GPS天线，气象仪，避雷针等。

2. 室内设备主要是GNSS接收机、电池组、网络设备、电涌保护设备、UPS等设备、设备安装于机柜内。

六、结束语

城市连续运行参考站系统（CORS）是“空间数据基础设施”最为重要的组成部分。通过建设若干永久性连续运行的GPS基准站，以满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控，矿山测量等多种现代化信息化管理的社会要求。

1. 内蒙古自治区CORS的建立可以大大提高测绘精度、速度与效率, 降低测绘劳动强度和成本, 省去测量标志保护与修复的费用。

2. 内蒙古自治区CORS的建立，可以对工程建设进行实时、有效、长期的变形监测, 对灾害进行快速预报。CORS项目完成将为城市诸多领域如气象、车船导航定位、物体跟综、公安消防、测绘、GIS 应用等提供精度达厘米级的动态实时GPS 定位服务, 将极大地加快该城市基础地理信息的建设。

3. 内蒙古自治区CORS将成为内蒙古城市信息化的重要组成部分, 并由此建立起城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架, 从而从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化。CORS建成能使更多的部门和更多的人使用GPS 高精度服务,它必将在城市经济建设中发挥重要作用。由此带给城市巨大的社会效益和经济效益是不可估量的, 它将为城市进一步提供良好的建设和投资环境。

参考文献：

[1] 《内蒙古自治区GNSS综合服务系统建设方案》.2007年6月．

[2] 刘经南，刘晖.连续运行卫星定位服务系统——城市空间数据的基础设施[J].武汉大学学报(信息科学版)，2003年03期．

[3] 刘晖，时晓燕，杨沾吉，罗和平，刘经南，杨蜀江.深圳市连续运行卫星定位服务系统的建立与试验[J].测绘通报，2003年09期．