长江干线北斗CORS建设的若干思考

2015-05-08张国平

测绘通报 2015年7期

关键词：干线基准经济带

张国平

(长江航道测量中心，湖北武汉 430010)

长江干线北斗CORS建设的若干思考

张国平

(长江航道测量中心，湖北武汉 430010)

从CORS技术发展现状和长江经济带发展战略、国家空间信息安全等角度论述了长江干线北斗CORS建设发展的必要性和战略意义，并进一步论述了长江干线北斗CORS的建设原则、关键点，以及对应用规划的发展建议。长江干线北斗CORS建设应引起相关部门的高度重视，建议尽快将建设纳入规划，并研究立项和实施等相关事宜，顺应国家依托黄金水道建设长江经济带的国家战略，并加强长江干线北斗CORS的推广应用，支援沿江经济建设和社会发展，全面推动测绘技术和经济发展的转型升级。

长江航道；北斗CORS；战略意义；互联互通；长江经济带

一、引言

常规RTK技术极大地方便了需要动态高精度服务的用户，广泛应用于控制测量、地形测量、施工放样等领域。但用户需要为此专门架设临时的基准站，此外还存在作业距离受限制、测量精度不均匀等不足[1]，往往给实际生产带来很多不便。而逐渐成熟的连续运行参考站系统(continuously operating reference system，CORS) 技术很好地解决了这些问题。

北斗CORS是通过建设一定数量的连续运行的基准站，以我国的北斗全球卫星导航系统为主，并兼容其他卫星导航系统，利用卫星定位技术、计算机网络技术、通信技术，向社会提供统一、高精度的空间位置信息服务的系统。北斗CORS由基准站网络、控制中心、数据中心、用户应用系统、数据通信系统等子系统组成[2-3]，如图1所示。

图1 北斗CORS结构图

二、CORS建设发展现状及分析

随着经济建设对地理空间信息的需求不断扩大，测绘、气象、地震、海洋、交通等部门，以及各省、市陆续开始了相应规模的CORS 建设。国家测绘地理信息局通过实施国家现代测绘基准一期工程、海岛(礁)测绘工程，建成了410站规模的连续运行参考站网，是我国最高等级的平面控制基准。据不完全统计(见表1)，截至2014年底，共有31个省(区、市)开展了基准站网建设，建成基准站1850座，这些建设是对国家连续运行基准站的加密和重要补充。由中国兵工集团负责建设实施的北斗地基增加系统基准站，预计一期至2016年将建设完175基准站，二期至2018年完成1200基准站的建设。近年来，湖北、上海、重庆等一些省、直辖市也建设了各自的北斗CORS网络。

表1 各省连续运行基准站建设情况统计

注：引自中国测绘地理信息学会2014年学术年会专题报告。

当前，建立现代测绘基准服务体系并逐渐替代常规测绘体系已成为行业的共识和社会发展的现实要求。国家、省、市和各行业部门的CORS建设也因此迎来了一个建设的高峰期。然而，各级CORS基本处于独立运行的状态，尚未实现跨行业、跨地区的信息资源共享；而且系统软硬件严重依赖进口，数据传输、处理及服务不规范，存在安全隐患；甚至有些还存在坐标框架不统一、接边区服务不一致等现象[4]。

目前尚未有完整的专门以长江干线为服务对象的CORS网，为支撑长江沿线的工程建设和经济发展，一些单位在相关河段开展了小区域零散的建设活动[5-7]。如为加强长江三峡库区的灾害监测，提供库区范围内统一的测绘服务，在三峡库区小范围内建设有CORS基准站。为方便当地的沿江建设和测绘，长江宜昌航道局在宜昌河段(秭归至枝江)建立了4个CORS基准站。这些CORS站服务范围小，建设时间早且不支持北斗卫星导航系统。又如，为支撑下荆江河段整治工程建设和大量的测绘任务，2014年长江航道测量中心在下荆江河段(石首至岳阳)建设了3个连续运行基准站和1个中心服务器，并可通过无线网络和电台接收差分数据，并支持北斗系统，配置相应软件后可升级为CORS。

三、长江干线北斗CORS建设的必要性和战略意义

1.建设的必要性

1) 长江水运系统有其自身的系统独立性。各省、市级系统表现为块状分割的特点，而长江干线自西向东贯通，表现为条带状特征。长江干线的建设、管理、维护、执法等有其自身的系统独立性。

2) 沿江多区段处于省的边缘，无信号。长江干线横贯东西，连通七省二市，既是一条交通走廊，也是沿江多个省市的分界线，多个区段处于两省边界，因而沿江多个区段处于沿线各省、市级连续运行参考站系统的边缘区和空白区，存在信号未覆盖的情况。

3) 两省交界河段无线信号“抢网”现象严重，无法使用服务。

各省的无线网络服务在省交界河段存在“抢网”现象，导航终端网络不断切换，致使差分数据传输延迟现象严重、网络不断重连，无法使用服务。

4) 早期建设的CORS系统服务能力不足。早期建设的沿江CORS系统只支持GPS卫星导航系统，不兼容北斗。另外，还存在基准站沉降严重、服务承载能力设计不足、对最新的一些终端设备支持不全面等问题。

5) 沿江各省市系统的互联互通尚需时日。各省市级系统建设时间跨度长达15年左右，期间的导航技术发展日新月异。因此，沿江各省、市级CORS建设的技术水平各不相同、建设标准也不统一，长江沿线各省市级系统的互联互通并不容易，最终的联通还尚需时日，短时期内无法实现长江干线的统一无缝服务。长江沿线的各测绘单位在开展测量时，需要到沿江各省市的各个CORS管理部门进行注册缴费，每个单位将产生几十万至上百万的额外注册费用。

6) 长江干线测绘基准设施与发展需求的矛盾日益突出。长江干线的GPS控制点受工程建设影响，发生移动或破坏的现象时有发生，而分布在各小测区的图根控制点的破坏则更严重，保存时间更短，一般在5～8年即需要重新布设。各测绘单位不得不重新花费大量人力重新布设，且精度难以保证。随着测绘技术的发展、长江沿线经济的发展及长江经济带发展战略的确定，应尽早解决测绘基准和服务落后于经济建设和国家战略发展需求的矛盾，结束零散无序的小范围沿江参考站建设现状，立项开展布局宏观、标准统一的长江干线北斗CORS。

2.立项建设的战略意义

(1) 支撑国家长江经济带建设的国家战略

2014年9月，国务院发布的《国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》，提出从航道功能升级、综合交通、产业转型、新型城镇化、对外开放、生态廊道和协调机制7个方面再造长江经济带。长江干线北斗CORS的建立将为长江沿线的大规模建设和信息化发展提供现代化多精度的测绘定位服务功能，同时避免了经济建设过程中大量低水平的定位导航设施的重复建设和维护。

(2) 支撑国家经济转型升级的国家战略

长江经济带人口和生产总值均超过全国的40%，长江经济带转型升级是国家经济转型升级的重要组成部分。现阶段，我国地球空间信息及应用服务产业(简称地球空间信息产业)正在进入跨越式增长的发展阶段，是国家经济转型升级的重要方向。长江干线北斗CORS的建立将为地球空间信息产业提供先进的基础设施，极大地推动长江经济带地球空间信息化产业的发展，促进国家经济转型升级。

(3) 支撑北斗系统建设的国家战略和国家安全战略

目前，我国高精度定位和精密授时领域绝大部分都使用GPS，一旦出现紧急情况，采用GPS为主要授时手段的电力、金融、通信等系统将产生混乱甚至停止工作，导航定位服务也将失效，损失将是惨重的。另外，现行的CORS建设仍高度依赖国外的软硬件系统，国产化程度低，这也为国家空间信息安全埋下了重大的隐患。因此，极有必要建设北斗CORS，支持国产软硬件的发展和推广应用，确保国家安全不受损害。

四、长江干线北斗CORS建设的原则

根据长江干线北斗CORS建设的主要内容，从系统建设、国家战略等角度考虑，本文建议长江干线北斗CORS的建设原则如下[8-9]。

1.系统完整性下的协调整合共享

长江航道贯通东西，有其地理空间、系统建设、维护、管理的独立性特征。长江干线北斗CORS站要确保长江干线的全覆盖，以满足长江干线的北斗CORS信号的全覆盖。另外，对一些GPS CORS站进行升级，以使其具备北斗CORS功能。

2.国产化优先发展的原则

长江干线北斗CORS建设应以北斗卫星导航系统为主，兼顾其他卫星导航系统。目前我国北斗CORS的建设相当滞后。北斗CORS是关乎国家空间信息安全的基础设施，在接收机、数据处理中心等软硬件上都应支持国产软硬件优先发展的原则。

3.用户分级，用户资质审批的原则

CORS建设中，要制定相应的数据安全和成果应用方面的规定：一方面要加强对用户资质的审批管理，防止军事保密单位、重要水源地、大型基础设施等关系国家机密与民生安全的区域被精密定位；另一方面要加强对注册用户使用权限的管理，根据用户权限分级开放数据和作业区域，防止用户未经授权跨区作业，以维护相关方的权益。

五、长江干线北斗CORS建设的关键点

1.加紧方案研究，加快立项建设

长江干线北斗CORS建设是实时、快速、高精度获取空间数据和地理特征的现代信息基础设施之一，是支撑国家依托黄金水道建设长江经济带的国家战略的重要基础工程。相关部门应充分认识其必要性和战略意义，不要错过国家战略机遇期，加紧方案研究，加快立项建设。

2.加强与电信、联通、移动等无线网络运营商的合作

无线网络的覆盖范围和信号质量直接影响CORS服务的覆盖范围。目前，各大运营商网络在长江干线的信号覆盖均存在一定的盲区和弱区，有些区段甚至没有任何一种无线网络信号。长江干线北斗CORS建设方案中应进一步加强与无线网络运营商的合作，通过加密通信基站等扩大无线网络服务范围和质量。

3.积极拓展CORS应用领域，提供多元化信息服务

目前，CORS最主要的功能仍是满足测绘的需求，其他应用领域狭窄，应推进长江干线北斗CORS 系统应用的领域，特别是在应急服务、智能交通等新兴服务领域有很大开发空间。此外，还应从加强各省各部门间的合作入手，共同形成产业联盟，并鼓励社会资本的加入，共同开拓市场，利润共享，实现CORS的良性运作。

六、长江干线北斗CORS应用拓展

正如上文所讲，应积极拓展CORS的应用领域，提供多元化的信息服务，鼓励社会资本的加入，拓展CORS应用市场，本文针对长江干线北斗CORS建设的应用开发提出几点建议，以供参考。

1.为长江沿线工程测量、航道测量等地理信息行业提供服务

长江干线北斗CORS将为水利、通信、电力、石油、化工等领域提供实时的厘米级差分定位能力，在规划、放样、施工、竣工测绘、各类地图测绘，以及地理信息系统的快速更新中发挥重要作用。图2表示了CORS在长江航道工程建设中的应用。

图2 长江干线北斗CORS在长江航道工程建设中的应用

2.可为沿江的综合交通管理体系的建立提供重要的支撑和保障

长江干线北斗CORS将为2015年正式发布的长江电子航道图3.0的运营提供跨区域的导航支持，为船舶进港及其调度，船舶管理、海事执法等服务，对构建干支直达、江海联运综合交通体系以及实现“智能航道”意义重大。此外，它还可为沿江各类车辆提供车道级别的导航定位服务，为集信息化、智能化、社会化的新型现代交通管理系统服务，改善车辆堵塞、交通拥挤等问题，提升道路交通安全和交通信息服务水平。

3.长江流域的精细农业发展

现代农业生产将走向大农业和机械化的道路。在实现农业现代化过程中，引导机械的自动准确作业是十分重要的。长江干线北斗CORS的建设将为沿江流域现代农业科学种田提供导航定位支撑。尤其，在长江流域分布有成都平原、长江中下游平原，这些适合利用大规模的机械化生产的地区，可以推广CORS 技术在现代农田作业和管理中的应用。

4.现代气象预报

长江干线北斗CORS的建立将加密现有气象站观测网，进一步增强气象GNSS监测的分辨率，可以对长江经济带进行高时空分辨率、高精度、全天候、近实时的水汽连续监测，为现代气象预报、气候变化监测等领域提供服务，有利于实时监测和研究大气状态，更深入、全面地分析暴雨的演变规律，提高长江防汛防洪、天气预报、气候环境评估等服务质量。

5.为长江沿线提供地质灾害监测、变形监测等

长江流域地域广阔，自然环境复杂多变，多暴雨中心。这些自然条件使得长江流域成为我国地质灾害多发的地区，尤其是金沙江流域和嘉陵江、岷江上游地区，地质灾害的类型多、强度大、分布广、频度高，在世界上都是地质灾害强烈发育的典型地区。长江干线北斗CORS将为长江沿线的地质灾害监测、水工结构监测(包括大坝监测)、地震监测、变形监测、地面沉降监测提供精密定位服务，结合具备数据分析与处理功能的信息平台，可实现灾害的预警，在防灾减灾中发挥重要的作用。

七、结束语

空间数据基础设施是信息社会必备的基础设施[10]，CORS对空间数据的支持，使其成为空间数据基础设施建设中最为重要的组成部分。长江干线北斗CORS的建设运营将为长江经济带建设这一国家战略提供基础支撑，同时也是推广国产导航系统，实现空间信息安全，并促进沿江经济转型升级的重要举措。相关部门应尽早纳入建设规划，抓紧时间研究并立项建设长江干线北斗CORS，切勿错失国家战略发展机遇期，加强全局规划和多部门协调，并注重扶持国产化软硬件系统以确保空间信息安全，加强关键技术研究和后期的系统应用规划。

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Reflections on Construction of the Changjiang Trunk BeiDou CORS

ZHANG Guoping