沈阳市卫星导航定位服务系统升级建设

邰贺

(沈阳市勘察测绘研究院,辽宁 沈阳110004)

0 引 言

连续运行参考站系统(CORS系统)可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站,利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络[1],实时地向不同的类型、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、以及其他有关的GNSS服务项目的系统[2]。与传统的GNSS作业相比,连续运行参考站具有作用范围大、精度高、野外单机作业等众多优点[3],目前国内一大批城市、省区和行业正经历着一个连续运行参考站网络系统的建设高潮。

1 系统现状

沈阳市卫星导航定位服务系统于2007年10月正式启动,2008年2月完成方案评审,2008年12月建成并投入试运行,2009年5月通过了以宁津生院士为组长的专家组验收鉴定,总体达到国际先进水平[4]。

系统在全市域完成了7个永久性参考站的建设,并建立了控制中心及对应的网络环境。系统站点分布图如图1所示。GNSS接收机设备采用Trimble NetR5,GNSS天线设备采用Trimble Zephyr II型大地型天线[5],控制中心端配备了高性能的服务器及存储阵列。系统自建成以来,已为100多个项目提供了定位服务,拓展了300多个各行业用户,取得了良好的经济效益和社会效益。

系统经过多年的运行虽能够满足日常规划及国土、房产等领域的使用需求,但是也暴露出了一定的不足,主要体现在:

1) 参考站站点数量不足,导致站间距仍然较大,郊县区定位精度受到一定影响。

2) 现有系统为GPS+GLONASS双星服务系统,未能实现北斗系统的观测和解算,与国家大力推进北斗战略不相符合。

3) 现有系统的并发服务能力不足,不利于未来拓展系统应用领域和用户数量。

4) 各种设备虽然状态正常,但使用年限均超过8年,设备性能下降较为严重。

5) 原有网络的服务带宽已经不能满足现有包括安全监控、远程操作等服务的要求。

6) 现有的管理平台GPSnet已经不是最新的平台,在电离层延迟计算、分布式服务、负载均衡方面存在硬伤。

鉴于上述原因,急需对现有的卫星导航定位服务系统进行全方位的升级改造,使其能够在现在及未来一段时间内满足各类业务、各类用户的使用需要。

2 升级改造过程及要点

沈阳市卫星导航定位服务系统升级建设,主要的工作包括新建站点、网络优化、设备调试、软件升级等几个方面。升级后的沈阳市卫星导航定位服务系统总体架构图如图2所示。

2.1 新建站点

原有沈阳市卫星导航定位服务系统站点数量仅为7个,虽然覆盖全市域,但密度不够。本次升级建设在全市域共累计新建站点12个,并通过资源共享等方式合并了相应合作单位的单基站3个,并从站点优化的角度拆除了原有1个站点,使得升级后系统的总站点数量达到22个，其站点分布图如图3所示。

升级后的系统,其相邻站点的基线边长从原有的51 km下降为35.5 km,站间距分布更加合理,基线长度统计如表1所示。相邻站点基线边长的降低有效保证了系统的覆盖度和点位密度,从而提升了系统解算的精度和服务水平[6]。

表1 基准站基线长度统计表

施工建设方面,严格按照《CH/T2008-2005全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》[7]以及《GB/T 28588-2012 全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》的技术要求,从地质评估、土建施工、设备采购、设备安装等多个方面严把质量。

2.2 网络优化

对原有系统的网络进行优化,将原有SDH形式的数字电路更新为MSTP形式的数字电路，其技术架构图如图4所示。同时,将原有的2 M光纤进行扩容,升级至10 M,并对线路的跳转点进行了深度优化,保证了线路上的通讯延迟满足规范要求。

由于更新为MSTP模式,在控制中心汇聚端直接出口为RJ-45型接口,可直接接入交换机,不再需要SDH模式下的G.703至RJ-45的协议转换器[8],减少了中间设备,提升了线路的稳定性,也更加易于维护。

2.3 设备升级

GNSS接收机方面,将原有的Trimble NetR5接收机升级至Trimble NetR9 Ti型,从而实现了GPS/GLONASS/Galileo/SBAS/Beidou/QZSS/IRNSS全星座体系数据的观测和存储,接收机内存也升级到了8G,数据存储能力大大提升。

GNSS天线方面,通过对原有站点上的Trimble Zephyr II型天线进行评估,确定了其能够实现全星座体系数据的观测。对于新建的站点,新购的GNSS天线直接升级至Trimble Zephyr III型天线,保证了新建站点能够实现全星座体系数据的观测。

交换机方面,原有的交换机仅为100M交换机,且端口数量仅为4个。本次直接升级至Huawei S5700S型千兆二级交换机,保证了未来的可扩展性,数据交换率和安全性也大大提升。

UPS方面,对原有的APC SUA-1000型UPS进行升级,升级至santekC2K在线式UPS,更换了老旧的蓄电池,更换为santek标配电池,增加了功率,同时实现了在线的控制。

安全设备方面,本次升级对全部站点新增2个高清全景摄像头,能够监控全部设备的运行状态,更好地处理运行中出现的问题,提升了系统运维的科技含量和技术水平。

2.4 软件升级

平台软件升级方面,将原有的Trimble GPS-Net V2.74平台停用,并部署全新的Trimble pivot platformV3.10.Trimble pivot platform为Trimble公司目前最新的参考站运行维护平台,其采用多层架构，如图5所示。

其具备GPS/GLONASS/Galileo/BDS/四星座系统的网络解算能力,并能够使用目前IGS组织发布的DCB、ion等第三方产品用于提升解算精度。其RTX数据解算引擎采用PPP方式进行驱动,比采用双差模型的传统RTK引擎大幅提升效率,显著降低系统资源占用,从而实现区域级甚至国家级的大网统一管理，如图6所示；并发用户数量从50升级至200,拓展了用户领域;采用分布式架构,降低了系统负载,全网统一管理能力得到增强。

系统软件升级方面,将原有的windows server 2003 R2更新至windows server 2012.从而提升了系统健壮性,对于网络变化以及网络攻击的抗压能力更强,配置更加简便直接,也与Trimble pivot platform平台保持对应。

2.5 坐标解算

设备安装、设备调试、网络调试结束之后,就开始进行观测。观测严格按照《GB/T18314-2009全球定位系统(GPS)测量规范》的要求进行,从控制中心进行远程控制和数据下载。

观测完成后,对数据进行预处理分析,使用专门研发的图形化批量数据预处理GBTEQC对观测文件进行格式归一化及标准化、观测质量分析等。

预处理结果满足技术要求后,在国家CORS站以及辽宁省CORS站的整体约束下,使用以GAMIT为代表的科研型精密数据处理软件进行基线处理,并以Bernese软件进行对比计算。坐标解算站点分布如图7所示。解算得到的基线重复性结果如表2所示。平差时采用GLOBK软件进行坐标归化、速度场估计及单天解联合平差,从而得到升级改造后的沈阳市卫星导航定位服务系统全部站点的CGCS2000国家大地坐标系下的地心坐标成果,该成果与国家最新发布的CGCS2000坐标系成果保持完全一致。平差后的定位空间坐标精度如表3所示。

表2 基线重复性统计表

统计项最小值/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 结束语

沈阳市卫星导航定位服务系统通过升级建设,其系统覆盖面积更加扩大,已经具备全市域及周边地区的服务能力,全网实现了四星座的全网解算,能够在高遮挡环境下实现正常定位,系统软硬件得到提升,系统的整体技术水平上了新台阶。未来将基于现有的平台,研究如何拓宽系统的服务领域,开展多层次的服务内容,丰富系统用户,在稳定的地区建立永久性基岩参考站,开展区域地壳变形及高层建筑物变形监测服务等。