我國GNSS連續運行基準站網現狀及分析

陳明 國家測繪地理信息局國家基礎地理信息中心工程師

武軍酈 國家測繪地理信息局國家基礎地理信息中心副處長

專家視點

我國GNSS連續運行基準站網現狀及分析

陳明 國家測繪地理信息局國家基礎地理信息中心工程師

武軍酈 國家測繪地理信息局國家基礎地理信息中心副處長

國內GNSS連續運行基準站網建設全面展開，很多省、市建成或正在建設基準站網，大部分地區已經開始對社會提供服務。本文介紹了我國基準站網建設現狀，對其存在的問題進行了深入分析，并就我國基準站網的統籌建設進行了探討和思考。

GNSS 基準站網 現狀 分析

1 引言

眾所周知，以GNSS連續運行基準站是建立和維持國家和區域高精度靜態、動態、地心、三維坐標參考框架的現代基礎設施，是測繪基準體系和地理空間基礎框架的核心，是國家空間數據基礎設施的重要組成部分，可提供實時和準實時的集約化位置服務，改變原來分散的、行業相對獨立的數據采集和事后處理服務模式，在國民經濟建設、社會發展、國家安全和國防等方面都發揮著十分重要的作用。

CORS技術改變了傳統的測繪手段，是國家空間數據基礎設施的主要組成部分，可滿足不同行業用戶對精度定位、快速和實時定位、導航的要求，可及時地滿足城市規劃、國土測繪、地籍管理、城鄉建設、環境監測、防災減災、交通監控、礦山測量等多種現代化信息化管理需求。

雖然GNSS連續運行基準站在我國的建設已經如火如荼，而且在國家層面、地方層面、商業層面都已有較大建設規模，但仍然顯現出如下較深層的問題：

●建設的盲目性和跟從性導致系統之間彼此獨立且投資回報低。

●資源與數據共享平臺尚未建立，各地方和行業系統之間不能實現數據共享，造成資源浪費，不能發揮數據資源在源頭性研究和社會服務方面的功能。

●站分布不均勻，東部沿海等發達省份較多，偏遠省份較少等。

●站網管理沒有統一要求。

等等，因此急需在今后的規劃和政策導引下找出一條平穩、合理地發展GNSS連續運行基準站的道路。

2 建設規模

根據調研和統計，國內GNSS連續運行基準站從1992年武漢IGS站建立開始，經過20多年的建設與應用，在全國范圍內建設規模將達2660站左右。目前，衛星導航定位基準服務系統主要通過國家重大基礎設施項目、各省（市）自主投資建設以及其他行業部門自主建設，主要包括：

（1）國家級基準站網，主要包括國家現代測繪基準體系基礎設施建設一期工程、927一期工程等。

（2）各省、直轄市、自治區以及地州測繪行政主管部門主導建設的區域級衛星導航定位服務系統，如江蘇省全球導航衛星連續運行參考站綜合服務系統（簡稱“JSCORS”）、安徽省衛星定位綜合服務系統（簡稱“AHCORS”）、深圳連續運行衛星定位服務系統（簡稱“SZCORS”）等。

（3）其他行業建設的基準站網，如中國地震局、國家測繪地理信息局等六部委聯合建設的中國大陸構造監測網絡；國家海洋局建設的中國沿海GNSS業務化觀測系統在沿海56個海洋站增設的GNSS設施；中國氣象局建設的預警工程、京津冀試驗網等。

表1 國內基準站建設情況表

據統計，目前國內各類站網建設情況如表1所示，GNSS基準站分布情況則如圖1所示。

圖1 國內基準站建設分布圖

3 現狀分析

3.1 設備類型多樣

由于各省CORS站網建設周期不一致，設備配置也不盡相同，但絕大部分省市級CORS站配置的GNSS設備為Trimble、Leica和Topcon3家品牌的，國產品牌如南方測繪、中海達在部分市級網絡也有應用。由于設備升級更新以及多家廠商合作的情況存在，各省網內的設備型號也會有差別，如某省CORS網分期建設，雖然采用的設備都是統一品牌設備，但是由于前后型號不一致，性能也不一樣；再如某省CORS網由于納入了多家單位的站點，設備多樣，國外、國產設備均有。由此可見，目前國內各省CORS網的設備類型多樣，在建網和服務中應充分考慮設備和軟件的兼容性。

3.2 觀測場地利用和新建并存

CORS站的觀測場地主要包括氣象臺、地震臺、國土局（所）、建設局、新征土地、租用土地等幾種方式。由于氣象和地震部門的場地和網絡方面存在運維保障方面的便利性和可利用性，目前各省CORS系統多和這兩個部門合作共建。一般而言，CORS系統是由測繪地理信息部門主導或牽頭建設，基準站建設、設備、軟件以及技術支持均由測繪地理信息部門負責，氣象或地震部門則負責提供氣象臺或地震臺等觀測場地、氣象專網或地震專網等傳輸網絡。除此之外，也有一些省份采用征地或租用的方式單獨新建基準站，新建網絡傳輸線路，或利用市級其他部門如規劃、國土等部門已建的市級基準站。

3.3 網絡接入方式不同

和觀測場地相關，各省CORS的數據傳輸網絡主要包括氣象專網、地震專網、國土專網、單獨接入網絡等幾種方式。其中和氣象部門合作的省份，如河北、江蘇、江西等，主要采用氣象專網的方式進行數據傳輸，一般所有基準站的實時數據通過網絡先傳輸到測繪地理信息部門，測繪地理信息部門和共建部門建立數據傳輸專線，然后再將數據文件轉發給氣象部門。一般來說，測繪地理信息部門能夠通過數據專線實時控制各CORS站點情況，實現包括遠程控制、監測等功能。

3.4 數據情況

CORS站的數據主要包括實時數據流和數據文件兩種。其中，實時數據流是基準站實時傳輸到數據中心的，主要用于數據中心開展網絡RTK等服務；數據文件可準實時或事后傳輸至數據中心，主要用于事后精密數據處理、坐標框架計算以及其他服務。實時數據流一般為1Hz，存儲的數據文件采樣率有15和30s兩種。數據中心端的解算軟件是與設備廠商品牌密切相關的，目前主要包括GPSNET、Pivot、Topnet、Spider等。

3.5 坐標框架計算方法不同

各省CORS坐標框架計算方法目前主要采用國內IGS站、部分周邊國家GNSS連續運行基準站以及GPS A、B、C級點進行聯測，得到基準網ITRF2005框架瞬時歷元坐標和2000國家大地坐標系坐標。但各省CORS中心坐標框架處理方式不同，省級之間地心坐標框架存在系統性差異。為保持坐標框架的一致性和準確性，省級坐標框架應通過國家CORS站網建立與國家坐標框架的聯系，并應隨著國家坐標框架變化進行適時更新。

3.6 應用服務覆蓋多行業

各省CORS系統運行后，可向各行業提供服務。從費用方面看，分為免費提供服務和收費服務兩種方式，對于各省CORS中心建設的服務，目前有的獨立運營，自負盈虧，如江蘇；有的開始收費，但仍然由國家支撐，如山西；有的正在試運行或者免費服務，如福建、安徽等。從調研情況來看，各省的客戶群數量較多，如果采用收費制度，將會解決一部分資金缺口，甚至能自負盈虧。從用戶行業方面看，其服務可覆蓋測繪、土地管理、規劃、交通、水利、氣象、電力、石油、勘察、天然氣、國防等多個行業。

3.7 政策管理

CORS網作為國家重要空間地理基礎設施，應制定相關政策規范管理、合理利用、資源共享。部分省份如山東、江蘇在CORS系統政策管理方面，已經采取了一些措施，并取得了良好的效果，可為今后國家衛星導航定位服務系統統籌建設提供相關經驗和參考。

3.8 共建共享情況

目前，各省CORS網的共建共享主要分為行業間共建共享和地區間共建共享兩種。其中，行業間共建共享主要指測繪地理信息、氣象、地震、規劃等行業進行合作，共同參與建設和使用CORS系統；地區間共建共享主要包括省與市共建共享以及省與省之間共建共享。省市間一般采用并網運行、統一管理的方式實現共享，如山東省級CORS網納入了濟南、日照等市級CORS站點。省與省之間則一般采用各取對方相互接邊區域部分站點數據的方式進行共享，如江蘇、安徽、山東、上海、浙江等地形成的泛長三角地區CORS聯合，共享相關之間接邊區域的站點數據；遼寧、吉林、內蒙古和河北等省的共建共享建設也在籌劃中。

4 問題及解決方案

4.1 加強政策引導

目前，衛星導航定位服務系統已開展了諸如基礎測繪、局部地殼運動監測、網絡RTK定位、氣象輔助預報等方面的應用。但是，目前在國家層面尚未制定資源共享機制和信息安全策略等，造成了全國范圍站網布局不合理、數據共享困難、重復建設以及信息安全薄弱等問題，給國家、省地市行政和資源信息管理帶來了困難。

解決方案：一是制定和完善衛星導航定位服務數據資源共享機制，避免重復建設和應用壁壘；二是制定數據資源相關的統一標準，加強數據資源的共享交換，消除資源所有權對共享的限制。

4.2 北斗升級改造

目前，國內基準站大多數不能完全支持和兼容北斗衛星導航系統，一般依賴國外衛星系統，客觀上帶來安全隱患；且在站網運行過程中，由于電離層對衛星定位測量的影響不斷加劇，基于單GPS的差分定位作業的可用性越來越差。

解決方案：以北斗技術應用的多模多頻衛星定位技術是提高系統可用性的有效手段，也是解決高精度位置信息安全的途徑。基于此，國家應加強投資，對國內所有基準站點逐步進行北斗地基增強系統改造。

4.3 全網統籌規劃

目前，各省CORS站網的建設和服務沒有國家層面上的統一規劃，國家CORS站網的建設和服務總體上落后于各省的建設進度。分布上，各省系統的基準站分布不均勻，存在超短邊、超長邊，會影響系統的性能和效率；各系統處于獨立運行狀態之中，系統間存在網絡和服務縫隙；部分系統的基準站相互重疊，甚至在一個地區有兩個不同單位建立的獨立CORS系統。

解決方案：全國衛星導航定位基準服務系統在運行服務過程中，要根據服務情況和應用效果，在重大工程、地質災害多發、經濟建設等重要及站點分布稀疏和信號服務不穩定等區域，重點加密布設GNSS基準站，優化GNSS基準站空間分布結構，形成全國大地基準框架無縫銜接、統一的大地基準坐標框架，提升全國衛星導航定位基準服務系統的運行服務能力。

4.4 統一坐標框架

由于各省CORS中心坐標框架處理方式不同，導致省級地心坐標框架存在系統性差異。采用不同方法獲得省級坐標框架成果將導致省級間坐標框架不統一，也必將帶來成果應用服務不一致；省級間CORS成果兼容性差，因此要求省級坐標框架必須通過國家CORS站網建立與國家坐標框架的聯系，并應隨著國家坐標框架變化進行適時更新，以確保各省級坐標框架的一致性。

解決方案：GNSS基準站是坐標框架的骨干和主要技術支撐，是框架中點位三維地心坐標的精度和動態性的保證。通過全國衛星導航基準服務系統統籌建設，匯集全國基準站的數據資源，經過整體數據處理和平差，得到高精度的基準站坐標、速度場和時間序列，可為國內衛星導航定位服務提供統一的、權威的國家空間基準框架。

4.5 開展全國服務

目前，我國基準站互相獨立發展，各省獨立建設CORS站網，基本上覆蓋本省區域，與鄰省未形成共享格局，造成省級之間邊緣區域存在明顯空白區、接邊定位精度不統一、站網服務不均勻。全國范圍內未形成連續可靠、全國無縫覆蓋的服務。

解決方案：構建全國衛星導航基準服務系統，在全國開展廣域米級、分米級和厘米級北斗差分實時服務，并實現數據實時共享交換，滿足不同精度北斗導航定位用戶的需求，推進衛星導航定位產業發展，促進和增強北斗導航衛星系統在測繪行業的應用與服務水平，提供位置服務和基礎支撐。

5 結束語

針對上述目前國內CORS網存在的諸多問題，應從國家層面統一組織協調，開展全國CORS站網統籌建設工作。即通過資源統籌、技術融合，進一步完善現代測繪基準技術體系，優化我國國家連續運行基準站點分布與網型結構，在全國范圍內建成框架統一、功能完備、分級管理、無縫銜接、服務高效的全國衛星導航定位基準服務系統。通過該系統，進一步提高信息化建設并提升測繪基準成果處理、分析和服務能力，滿足數據成果服務與應用的無縫對接，最終形成覆蓋全國的厘米級實時導航定位服務的能力，從而大大提升測繪工作為經濟社會發展、國防建設和科學研究提供及時、可靠、精準的測繪地理信息保障服務的能力。

1 陳俊勇,張鵬.在中國構建全球導航衛星連續運行站網及其服務系統.測繪科學.2009

2 劉經南,劉暉.建立我國衛星定位連續運行站網的若干思考.武漢大學學報·信息科學版.2003,5

3 過靜珺,王麗,張鵬.國內外連續運行基準站網新進展和應用展望.全球定位系統.2008

4 劉經南,劉暉.連續運行參考站網絡—城市空間數據的基礎設施.武漢大學學報·信息科學版.2003,6

5 陳俊勇,張鵬,武軍酈.關于在中國構建全球導航衛星國家級連續運行站系統的思考.測繪學報.2007

6 陳俊勇,黨亞民,程鵬飛.全球導航衛星系統的進展.大地測量與地球動力學.2007

7 陳俊勇.我國建立現代大地基準的思考.武漢大學學報·信息科學版.2002

8 牛之俊,馬宗晉,陳鑫連等.中國地殼運動觀測網絡.大地測量與地球動力學.2002,8

9 武軍酈,陳明.關于建立GNSS連續運行基準站網相關規范的思考.測繪通報.2013,5

Our GNSS Continuously Operating Reference Station Network Status andAnalysis

CORS construction in China is booming,many provinces,cities built or are building CORS network,most areas have begun to provide services to the community.This paper describes the status of the construction of CORS,indepth analysis of the problems of CORS,discuss and think about the plans for the building of our country’s CORS.

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2015-02-18）