湖南CORS：技術(shù)與設(shè)備之困

劉許生

今年元月，湖南省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)（以下簡稱“湖南CORS”）的注冊(cè)用戶突破700個(gè)。目前，該數(shù)字還在持續(xù)增長中。

這表明，經(jīng)過近2年半的試運(yùn)行，湖南CORS的推廣應(yīng)用，得到了大多數(shù)用戶的認(rèn)可，取得了較好的成績。但在實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用當(dāng)中，仍然存在一些影響系統(tǒng)運(yùn)行、用戶可用性等問題。

湖南省測繪科技研究所作為湖南CORS建設(shè)和應(yīng)用推廣單位，總工程師尹昊華對(duì)此了如指掌。他舉例說：“比如部分偏遠(yuǎn)地區(qū)受無線信號(hào)局限使用效果不理想，較難獲得HNCORS提供的服務(wù)；每天下午1點(diǎn)至4點(diǎn)的使用效果比上午差，部分RTK設(shè)備不能得到固定解，尤其對(duì)部分老舊、性能較差的儀器支持較差，野外作業(yè)較困難；部分基準(zhǔn)站時(shí)有斷電、斷網(wǎng)情況發(fā)生；氣象網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)調(diào)整導(dǎo)致大面積基準(zhǔn)站信號(hào)中斷；控制中心遇到長時(shí)間停電時(shí)難以保障系統(tǒng)正常運(yùn)行等”。

站點(diǎn)分布地區(qū)不平衡

湖南CORS采用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式，即通過全省各基準(zhǔn)站將接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，通過有線網(wǎng)絡(luò)傳送給控制中心處理后，再通過GPRS、CDMA、3G等無線上網(wǎng)方式播發(fā)給注冊(cè)用戶。

因此，湖南CORS基準(zhǔn)站數(shù)量將直接影響信號(hào)覆蓋范圍。湖南省測繪科技研究所統(tǒng)計(jì)了10個(gè)省級(jí)CORS的站點(diǎn)密度分布情況，其中，湖南省的情況位居前列，為4.44個(gè)/萬平方公里。

“總體情況很不錯(cuò)，但還存在地區(qū)分布不均勻的情況，”尹昊華指出湖南CORS潛藏的不足。

據(jù)了解，湖南CORS原有的總體建設(shè)原則是“一次建設(shè)基本到位，根椐需要逐步完善”。但是，隨著湖南省縣域經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大湘西、大湘南等偏遠(yuǎn)山區(qū)的發(fā)展也逐漸上升到戰(zhàn)略層面。而這些地區(qū)的基準(zhǔn)站密度遠(yuǎn)低于長株潭地區(qū)，亟需增加一定數(shù)量的基準(zhǔn)站，盡可能地減少信號(hào)覆蓋盲區(qū)，比如湘西花垣、懷化新晃、常德桃源、永州冷水灘、邵陽新邵等地國土資源局曾專門向湖南省國土資源廳申請(qǐng)?jiān)黾踊鶞?zhǔn)站。

核心解算軟件技術(shù)落后

核心解算軟件是湖南CORS的靈魂。因?yàn)樗枰瓿芍T多重要事情，如實(shí)時(shí)獲取各基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)流，管理并監(jiān)控各基準(zhǔn)站主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取超快速精密星歷（用于衛(wèi)星定軌）、全球電離層延遲表，將獲取的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行精細(xì)化、區(qū)域化處理，管理用戶連接請(qǐng)求，根據(jù)需要及時(shí)播發(fā)差分?jǐn)?shù)據(jù)給用戶……

目前，國內(nèi)外公認(rèn)的、成熟的控制中心核心解算軟件僅德國徠卡、美國天寶兩家，差別在于天寶是虛擬參考站系統(tǒng)，徠卡是主副站技術(shù)。

“二者的精度都差不多，但是，德國徠卡主副站技術(shù)受限制條件比較多。”湖南CORS專家、長沙城市勘測院總工程師戴建清隨后舉了一個(gè)簡單例子來闡述德國萊卡的受限制條件。

比如CORS基準(zhǔn)站點(diǎn)本來是三角形，或者網(wǎng)形，都是由多個(gè)站串起來的。如果其中一個(gè)站出現(xiàn)故障后，虛擬參考站系統(tǒng)可以馬上通過另外的站點(diǎn)去補(bǔ)充，它是沒有主副站之分的，兩分鐘左右就可以平差，又構(gòu)成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)影響測繪精度。

平差是測繪學(xué)中很重要的、內(nèi)容豐富的基礎(chǔ)理論與數(shù)據(jù)處理技術(shù)之一。

如果是主副站技術(shù)，假如是主站出故障了，那么就必須要到旁邊另外的站點(diǎn)去找主站，湖南CORS的站點(diǎn)平均是50公里左右，這就會(huì)導(dǎo)致離作業(yè)地點(diǎn)多了一倍的距離，那么就會(huì)降低測繪精度。

目前，長株潭CORS使用的是美國天寶，而湖南CORS一期建設(shè)使用的是德國徠卡，解算軟件的不同，導(dǎo)致二者至今都暫未共享數(shù)據(jù)。

湖南CORS經(jīng)過兩年半試運(yùn)行，雖然取得一定效果，但仍不盡如人意。比如它在下午電離層活躍時(shí)的解算能力和效果遠(yuǎn)不如上午。原因在于，湖南省處于低緯度地區(qū)，受太陽黑子、地球電離層的影響較北方省份嚴(yán)重，所需要的基準(zhǔn)站也就更多，以便抵消上述客觀自然條件的不利因素。

湖南省測繪科技研究所通過對(duì)相近省份CORS系統(tǒng)的調(diào)研——尤其是與湖南省地理?xiàng)l件相似的湖北、江西、廣東等省份，發(fā)現(xiàn)它們使用的都是天寶，在點(diǎn)密度為5.5個(gè)/萬平方公里左右的情況下（湖南的點(diǎn)密度為4.44個(gè)/萬平方公里，完全在范圍內(nèi)），能夠較好解決下午作業(yè)困難的問題。

湖南省測繪作業(yè)單位現(xiàn)有的RTK設(shè)備主要為國產(chǎn)的南方、中海達(dá)、華測等品牌的儀器，這些設(shè)備幾乎全部使用的是天寶BD970的主板——包括湖南省國土資源廳配發(fā)給各市縣國土資源局的中海達(dá)V30 RTK，這些接收機(jī)下午1點(diǎn)至4點(diǎn)使用效果較差。

據(jù)湖南省測繪科技研究所調(diào)查，該主板只是天寶外銷型主板，天寶及其子品牌（光譜）、徠卡、托普康等接收機(jī)并不使用，天寶及其他品牌使用的主板，下午1點(diǎn)至4點(diǎn)使用效果就較正常。

尹昊華據(jù)此推測：“下午時(shí)段，徠卡軟件對(duì)老舊、性能較差的儀器服務(wù)能力、兼容性不及天寶的軟件。”

湖南CORS用戶是通過手機(jī)卡的上網(wǎng)功能（GPRS）實(shí)時(shí)從控制中心服務(wù)器獲取他所在位置的差分改正數(shù)。而這個(gè)改正數(shù)受有效時(shí)間限制，所在地網(wǎng)絡(luò)通訊條件的好壞也直接影響到用戶的實(shí)際使用效果，而湖南省的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)尚未能無縫覆蓋，即使在長株潭地區(qū)，也仍然有信號(hào)盲區(qū)。

通過技術(shù)分析，天寶軟件使用的是VRS解算技術(shù)，首次測量的通訊時(shí)間較長，初始化后則每次測量的通訊需求顯著降低；徠卡的使用的是i-MAX解算技術(shù)，雖然每次測量的通訊所需時(shí)間較短，但是每次都要進(jìn)行初始化。

因此，尹昊華判斷“天寶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求低于徠卡”。

基準(zhǔn)站運(yùn)行不夠穩(wěn)定

湖南CORS各基準(zhǔn)站分布在全省90多個(gè)縣市區(qū)，日常的維護(hù)工作量大，而一旦基準(zhǔn)站發(fā)生故障將會(huì)對(duì)該站附近的作業(yè)造成不利影響。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，湖南CORS試運(yùn)行的故障主要有網(wǎng)絡(luò)故障。因?yàn)闅庀缶殖＿x擇在信號(hào)接收能力較差的晴天定期對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)湖南CORS用戶的使用造成較大不便。有時(shí)候，當(dāng)?shù)貧庀缶謺?huì)因疏忽誤將基準(zhǔn)站的網(wǎng)線弄斷，電信光纖偶爾也會(huì)出現(xiàn)光路不通的情況，導(dǎo)致湖南CORS的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不夠穩(wěn)定。

基準(zhǔn)站設(shè)備按要求是全年每天24小時(shí)不間斷工作，但實(shí)際上是難以做到的。

比如因經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，各地氣象局偶有停電發(fā)生，一般能在6小時(shí)內(nèi)恢復(fù)。不過，若因當(dāng)?shù)貒临Y源所電路改造、人員疏忽、電路保險(xiǎn)跳閘等因素導(dǎo)致的停電，則會(huì)持續(xù)好幾天，極大影響外業(yè)人員作業(yè)；比如基準(zhǔn)站天線都是布置在室外的，且是帶電設(shè)備，易受雷擊，設(shè)備常損壞，目前已發(fā)生過4起。

尹昊華分析說：“因?yàn)闊o論接收機(jī)設(shè)備還是網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)備、電力輔助設(shè)備，只要一個(gè)發(fā)生故障，則整個(gè)基準(zhǔn)站就不能及時(shí)傳送數(shù)據(jù)至控制中心。”

自2011年4月安裝運(yùn)行至今，基準(zhǔn)站已運(yùn)行近3年時(shí)間，基準(zhǔn)站設(shè)備每年都必須經(jīng)受高溫、寒冷、大雨、冰雹等考驗(yàn)，有部分站點(diǎn)設(shè)備已經(jīng)老化，出現(xiàn)接收信和發(fā)送信號(hào)能力弱等現(xiàn)象，從而影響當(dāng)?shù)丶芭R近縣市使用湖南CORS的效果。再加上沒有采購相關(guān)備用設(shè)備，若將老化設(shè)備發(fā)回廠家維修，快則一周慢則一個(gè)月，極大影響了湖南CORS的穩(wěn)定運(yùn)行。

日常維護(hù)受限頗多

湖南省是缺電較嚴(yán)重的省份之一，冬夏兩季時(shí)有拉閘限電的情況發(fā)生。湖南CORS中心機(jī)房建設(shè)之初，受場地制約，沒有配備后備電源房。

2013年，在湖南省國土資源廳支持下，湖南CORS增加了后備電源房。經(jīng)過實(shí)際測試，能保證中心機(jī)房主要服務(wù)器8個(gè)小時(shí)的運(yùn)行。

事實(shí)上，這只是一個(gè)理論值。因?yàn)橹行臋C(jī)房的各類設(shè)備正常運(yùn)行需要室內(nèi)恒溫20°C、50%相對(duì)濕度的條件，如果精密空調(diào)停止工作，3小時(shí)后，機(jī)房溫度就會(huì)急劇上升，導(dǎo)致服務(wù)器停止工作，而光靠電池來負(fù)擔(dān)15千瓦的精密空調(diào)運(yùn)行難以實(shí)現(xiàn)。

尹昊華認(rèn)為“較好的解決辦法是配備一臺(tái)20至30千瓦的柴油發(fā)電機(jī)，停電2小時(shí)后及時(shí)開啟，這既能給精密空調(diào)供電，又能輔助電池供電，成本也不高。”

控制中心是湖南CORS的心臟，通過網(wǎng)絡(luò)接收各基準(zhǔn)站發(fā)來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，用戶再通過無線上網(wǎng)的方式從控制中心服務(wù)器上獲取解算后的差分?jǐn)?shù)據(jù)。控制中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就必須24小時(shí)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

目前，控制中心的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均沒有備用機(jī)，一旦硬件出現(xiàn)故障，等待更換配件的時(shí)間將超過24小時(shí)，甚至更長；若有備用設(shè)備，可以在10分鐘內(nèi)替換。