長江干線北斗CORS建設(shè)的若干思考

張國平

(長江航道測量中心，湖北 武漢 430010)

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長江干線北斗CORS建設(shè)的若干思考

張國平

(長江航道測量中心，湖北 武漢 430010)

從CORS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略、國家空間信息安全等角度論述了長江干線北斗CORS建設(shè)發(fā)展的必要性和戰(zhàn)略意義，并進(jìn)一步論述了長江干線北斗CORS的建設(shè)原則、關(guān)鍵點，以及對應(yīng)用規(guī)劃的發(fā)展建議。長江干線北斗CORS建設(shè)應(yīng)引起相關(guān)部門的高度重視，建議盡快將建設(shè)納入規(guī)劃，并研究立項和實施等相關(guān)事宜，順應(yīng)國家依托黃金水道建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶的國家戰(zhàn)略，并加強長江干線北斗CORS的推廣應(yīng)用，支援沿江經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展，全面推動測繪技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級。

長江航道；北斗CORS；戰(zhàn)略意義；互聯(lián)互通；長江經(jīng)濟(jì)帶

一、引 言

常規(guī)RTK技術(shù)極大地方便了需要動態(tài)高精度服務(wù)的用戶，廣泛應(yīng)用于控制測量、地形測量、施工放樣等領(lǐng)域。但用戶需要為此專門架設(shè)臨時的基準(zhǔn)站，此外還存在作業(yè)距離受限制、測量精度不均勻等不足[1]，往往給實際生產(chǎn)帶來很多不便。而逐漸成熟的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(continuously operating reference system，CORS) 技術(shù)很好地解決了這些問題。

北斗CORS是通過建設(shè)一定數(shù)量的連續(xù)運行的基準(zhǔn)站，以我國的北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，并兼容其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，利用衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)，向社會提供統(tǒng)一、高精度的空間位置信息服務(wù)的系統(tǒng)。北斗CORS由基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成[2-3]，如圖1所示。

圖1 北斗CORS結(jié)構(gòu)圖

二、CORS建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)對地理空間信息的需求不斷擴大，測繪、氣象、地震、海洋、交通等部門，以及各省、市陸續(xù)開始了相應(yīng)規(guī)模的CORS 建設(shè)。國家測繪地理信息局通過實施國家現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)一期工程、海島(礁)測繪工程，建成了410站規(guī)模的連續(xù)運行參考站網(wǎng)，是我國最高等級的平面控制基準(zhǔn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(見表1)，截至2014年底，共有31個省(區(qū)、市)開展了基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)，建成基準(zhǔn)站1850座，這些建設(shè)是對國家連續(xù)運行基準(zhǔn)站的加密和重要補充。由中國兵工集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)實施的北斗地基增加系統(tǒng)基準(zhǔn)站，預(yù)計一期至2016年將建設(shè)完175基準(zhǔn)站，二期至2018年完成1200基準(zhǔn)站的建設(shè)。近年來，湖北、上海、重慶等一些省、直轄市也建設(shè)了各自的北斗CORS網(wǎng)絡(luò)。

表1 各省連續(xù)運行基準(zhǔn)站建設(shè)情況統(tǒng)計

注：引自中國測繪地理信息學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會專題報告。

當(dāng)前，建立現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)服務(wù)體系并逐漸替代常規(guī)測繪體系已成為行業(yè)的共識和社會發(fā)展的現(xiàn)實要求。國家、省、市和各行業(yè)部門的CORS建設(shè)也因此迎來了一個建設(shè)的高峰期。然而，各級CORS基本處于獨立運行的狀態(tài)，尚未實現(xiàn)跨行業(yè)、跨地區(qū)的信息資源共享；而且系統(tǒng)軟硬件嚴(yán)重依賴進(jìn)口，數(shù)據(jù)傳輸、處理及服務(wù)不規(guī)范，存在安全隱患；甚至有些還存在坐標(biāo)框架不統(tǒng)一、接邊區(qū)服務(wù)不一致等現(xiàn)象[4]。

目前尚未有完整的專門以長江干線為服務(wù)對象的CORS網(wǎng)，為支撐長江沿線的工程建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，一些單位在相關(guān)河段開展了小區(qū)域零散的建設(shè)活動[5-7]。如為加強長江三峽庫區(qū)的災(zāi)害監(jiān)測，提供庫區(qū)范圍內(nèi)統(tǒng)一的測繪服務(wù)，在三峽庫區(qū)小范圍內(nèi)建設(shè)有CORS基準(zhǔn)站。為方便當(dāng)?shù)氐难亟ㄔO(shè)和測繪，長江宜昌航道局在宜昌河段(秭歸至枝江)建立了4個CORS基準(zhǔn)站。這些CORS站服務(wù)范圍小，建設(shè)時間早且不支持北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。又如，為支撐下荊江河段整治工程建設(shè)和大量的測繪任務(wù)，2014年長江航道測量中心在下荊江河段(石首至岳陽)建設(shè)了3個連續(xù)運行基準(zhǔn)站和1個中心服務(wù)器，并可通過無線網(wǎng)絡(luò)和電臺接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，并支持北斗系統(tǒng)，配置相應(yīng)軟件后可升級為CORS。

三、長江干線北斗CORS建設(shè)的必要性和戰(zhàn)略意義

1.建設(shè)的必要性

1) 長江水運系統(tǒng)有其自身的系統(tǒng)獨立性。各省、市級系統(tǒng)表現(xiàn)為塊狀分割的特點，而長江干線自西向東貫通，表現(xiàn)為條帶狀特征。長江干線的建設(shè)、管理、維護(hù)、執(zhí)法等有其自身的系統(tǒng)獨立性。

2) 沿江多區(qū)段處于省的邊緣，無信號。長江干線橫貫東西，連通七省二市，既是一條交通走廊，也是沿江多個省市的分界線，多個區(qū)段處于兩省邊界，因而沿江多個區(qū)段處于沿線各省、市級連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的邊緣區(qū)和空白區(qū)，存在信號未覆蓋的情況。

3) 兩省交界河段無線信號“搶網(wǎng)”現(xiàn)象嚴(yán)重，無法使用服務(wù)。

各省的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在省交界河段存在“搶網(wǎng)”現(xiàn)象，導(dǎo)航終端網(wǎng)絡(luò)不斷切換，致使差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸延遲現(xiàn)象嚴(yán)重、網(wǎng)絡(luò)不斷重連，無法使用服務(wù)。

4) 早期建設(shè)的CORS系統(tǒng)服務(wù)能力不足。早期建設(shè)的沿江CORS系統(tǒng)只支持GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，不兼容北斗。另外，還存在基準(zhǔn)站沉降嚴(yán)重、服務(wù)承載能力設(shè)計不足、對最新的一些終端設(shè)備支持不全面等問題。

5) 沿江各省市系統(tǒng)的互聯(lián)互通尚需時日。各省市級系統(tǒng)建設(shè)時間跨度長達(dá)15年左右，期間的導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展日新月異。因此，沿江各省、市級CORS建設(shè)的技術(shù)水平各不相同、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，長江沿線各省市級系統(tǒng)的互聯(lián)互通并不容易，最終的聯(lián)通還尚需時日，短時期內(nèi)無法實現(xiàn)長江干線的統(tǒng)一無縫服務(wù)。長江沿線的各測繪單位在開展測量時，需要到沿江各省市的各個CORS管理部門進(jìn)行注冊繳費，每個單位將產(chǎn)生幾十萬至上百萬的額外注冊費用。

6) 長江干線測繪基準(zhǔn)設(shè)施與發(fā)展需求的矛盾日益突出。長江干線的GPS控制點受工程建設(shè)影響，發(fā)生移動或破壞的現(xiàn)象時有發(fā)生，而分布在各小測區(qū)的圖根控制點的破壞則更嚴(yán)重，保存時間更短，一般在5～8年即需要重新布設(shè)。各測繪單位不得不重新花費大量人力重新布設(shè)，且精度難以保證。隨著測繪技術(shù)的發(fā)展、長江沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略的確定，應(yīng)盡早解決測繪基準(zhǔn)和服務(wù)落后于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家戰(zhàn)略發(fā)展需求的矛盾，結(jié)束零散無序的小范圍沿江參考站建設(shè)現(xiàn)狀，立項開展布局宏觀、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的長江干線北斗CORS。

2.立項建設(shè)的戰(zhàn)略意義

(1) 支撐國家長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的國家戰(zhàn)略

2014年9月，國務(wù)院發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于依托黃金水道推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出從航道功能升級、綜合交通、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新型城鎮(zhèn)化、對外開放、生態(tài)廊道和協(xié)調(diào)機制7個方面再造長江經(jīng)濟(jì)帶。長江干線北斗CORS的建立將為長江沿線的大規(guī)模建設(shè)和信息化發(fā)展提供現(xiàn)代化多精度的測繪定位服務(wù)功能，同時避免了經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中大量低水平的定位導(dǎo)航設(shè)施的重復(fù)建設(shè)和維護(hù)。

(2) 支撐國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的國家戰(zhàn)略

長江經(jīng)濟(jì)帶人口和生產(chǎn)總值均超過全國的40%，長江經(jīng)濟(jì)帶轉(zhuǎn)型升級是國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的重要組成部分。現(xiàn)階段，我國地球空間信息及應(yīng)用服務(wù)產(chǎn)業(yè)(簡稱地球空間信息產(chǎn)業(yè))正在進(jìn)入跨越式增長的發(fā)展階段，是國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的重要方向。長江干線北斗CORS的建立將為地球空間信息產(chǎn)業(yè)提供先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施，極大地推動長江經(jīng)濟(jì)帶地球空間信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。

(3) 支撐北斗系統(tǒng)建設(shè)的國家戰(zhàn)略和國家安全戰(zhàn)略

目前，我國高精度定位和精密授時領(lǐng)域絕大部分都使用GPS，一旦出現(xiàn)緊急情況，采用GPS為主要授時手段的電力、金融、通信等系統(tǒng)將產(chǎn)生混亂甚至停止工作，導(dǎo)航定位服務(wù)也將失效，損失將是慘重的。另外，現(xiàn)行的CORS建設(shè)仍高度依賴國外的軟硬件系統(tǒng)，國產(chǎn)化程度低，這也為國家空間信息安全埋下了重大的隱患。因此，極有必要建設(shè)北斗CORS，支持國產(chǎn)軟硬件的發(fā)展和推廣應(yīng)用，確保國家安全不受損害。

四、長江干線北斗CORS建設(shè)的原則

根據(jù)長江干線北斗CORS建設(shè)的主要內(nèi)容，從系統(tǒng)建設(shè)、國家戰(zhàn)略等角度考慮，本文建議長江干線北斗CORS的建設(shè)原則如下[8-9]。

1.系統(tǒng)完整性下的協(xié)調(diào)整合共享

長江航道貫通東西，有其地理空間、系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)、管理的獨立性特征。長江干線北斗CORS站要確保長江干線的全覆蓋，以滿足長江干線的北斗CORS信號的全覆蓋。另外，對一些GPS CORS站進(jìn)行升級，以使其具備北斗CORS功能。

2.國產(chǎn)化優(yōu)先發(fā)展的原則

長江干線北斗CORS建設(shè)應(yīng)以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為主，兼顧其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。目前我國北斗CORS的建設(shè)相當(dāng)滯后。北斗CORS是關(guān)乎國家空間信息安全的基礎(chǔ)設(shè)施，在接收機、數(shù)據(jù)處理中心等軟硬件上都應(yīng)支持國產(chǎn)軟硬件優(yōu)先發(fā)展的原則。

3.用戶分級，用戶資質(zhì)審批的原則

CORS建設(shè)中，要制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)安全和成果應(yīng)用方面的規(guī)定：一方面要加強對用戶資質(zhì)的審批管理，防止軍事保密單位、重要水源地、大型基礎(chǔ)設(shè)施等關(guān)系國家機密與民生安全的區(qū)域被精密定位；另一方面要加強對注冊用戶使用權(quán)限的管理，根據(jù)用戶權(quán)限分級開放數(shù)據(jù)和作業(yè)區(qū)域，防止用戶未經(jīng)授權(quán)跨區(qū)作業(yè)，以維護(hù)相關(guān)方的權(quán)益。

五、長江干線北斗CORS建設(shè)的關(guān)鍵點

1.加緊方案研究，加快立項建設(shè)

長江干線北斗CORS建設(shè)是實時、快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施之一，是支撐國家依托黃金水道建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶的國家戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)工程。相關(guān)部門應(yīng)充分認(rèn)識其必要性和戰(zhàn)略意義，不要錯過國家戰(zhàn)略機遇期，加緊方案研究，加快立項建設(shè)。

2.加強與電信、聯(lián)通、移動等無線網(wǎng)絡(luò)運營商的合作

無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和信號質(zhì)量直接影響CORS服務(wù)的覆蓋范圍。目前，各大運營商網(wǎng)絡(luò)在長江干線的信號覆蓋均存在一定的盲區(qū)和弱區(qū)，有些區(qū)段甚至沒有任何一種無線網(wǎng)絡(luò)信號。長江干線北斗CORS建設(shè)方案中應(yīng)進(jìn)一步加強與無線網(wǎng)絡(luò)運營商的合作，通過加密通信基站等擴大無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍和質(zhì)量。

3.積極拓展CORS應(yīng)用領(lǐng)域，提供多元化信息服務(wù)

目前，CORS最主要的功能仍是滿足測繪的需求，其他應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，應(yīng)推進(jìn)長江干線北斗CORS 系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域，特別是在應(yīng)急服務(wù)、智能交通等新興服務(wù)領(lǐng)域有很大開發(fā)空間。此外，還應(yīng)從加強各省各部門間的合作入手，共同形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，并鼓勵社會資本的加入，共同開拓市場，利潤共享，實現(xiàn)CORS的良性運作。

六、長江干線北斗CORS應(yīng)用拓展

正如上文所講，應(yīng)積極拓展CORS的應(yīng)用領(lǐng)域，提供多元化的信息服務(wù)，鼓勵社會資本的加入，拓展CORS應(yīng)用市場，本文針對長江干線北斗CORS建設(shè)的應(yīng)用開發(fā)提出幾點建議，以供參考。

1.為長江沿線工程測量、航道測量等地理信息行業(yè)提供服務(wù)

長江干線北斗CORS將為水利、通信、電力、石油、化工等領(lǐng)域提供實時的厘米級差分定位能力，在規(guī)劃、放樣、施工、竣工測繪、各類地圖測繪，以及地理信息系統(tǒng)的快速更新中發(fā)揮重要作用。圖2表示了CORS在長江航道工程建設(shè)中的應(yīng)用。

圖2 長江干線北斗CORS在長江航道工程建設(shè)中的應(yīng)用

2.可為沿江的綜合交通管理體系的建立提供重要的支撐和保障

長江干線北斗CORS將為2015年正式發(fā)布的長江電子航道圖3.0的運營提供跨區(qū)域的導(dǎo)航支持，為船舶進(jìn)港及其調(diào)度，船舶管理、海事執(zhí)法等服務(wù)，對構(gòu)建干支直達(dá)、江海聯(lián)運綜合交通體系以及實現(xiàn)“智能航道”意義重大。此外，它還可為沿江各類車輛提供車道級別的導(dǎo)航定位服務(wù)，為集信息化、智能化、社會化的新型現(xiàn)代交通管理系統(tǒng)服務(wù)，改善車輛堵塞、交通擁擠等問題，提升道路交通安全和交通信息服務(wù)水平。

3.長江流域的精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將走向大農(nóng)業(yè)和機械化的道路。在實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化過程中，引導(dǎo)機械的自動準(zhǔn)確作業(yè)是十分重要的。長江干線北斗CORS的建設(shè)將為沿江流域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)種田提供導(dǎo)航定位支撐。尤其，在長江流域分布有成都平原、長江中下游平原，這些適合利用大規(guī)模的機械化生產(chǎn)的地區(qū)，可以推廣CORS 技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)田作業(yè)和管理中的應(yīng)用。

4.現(xiàn)代氣象預(yù)報

長江干線北斗CORS的建立將加密現(xiàn)有氣象站觀測網(wǎng)，進(jìn)一步增強氣象GNSS監(jiān)測的分辨率，可以對長江經(jīng)濟(jì)帶進(jìn)行高時空分辨率、高精度、全天候、近實時的水汽連續(xù)監(jiān)測，為現(xiàn)代氣象預(yù)報、氣候變化監(jiān)測等領(lǐng)域提供服務(wù)，有利于實時監(jiān)測和研究大氣狀態(tài)，更深入、全面地分析暴雨的演變規(guī)律，提高長江防汛防洪、天氣預(yù)報、氣候環(huán)境評估等服務(wù)質(zhì)量。

5.為長江沿線提供地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、變形監(jiān)測等

長江流域地域廣闊，自然環(huán)境復(fù)雜多變，多暴雨中心。這些自然條件使得長江流域成為我國地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)，尤其是金沙江流域和嘉陵江、岷江上游地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害的類型多、強度大、分布廣、頻度高，在世界上都是地質(zhì)災(zāi)害強烈發(fā)育的典型地區(qū)。長江干線北斗CORS將為長江沿線的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、水工結(jié)構(gòu)監(jiān)測(包括大壩監(jiān)測)、地震監(jiān)測、變形監(jiān)測、地面沉降監(jiān)測提供精密定位服務(wù)，結(jié)合具備數(shù)據(jù)分析與處理功能的信息平臺，可實現(xiàn)災(zāi)害的預(yù)警，在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮重要的作用。

七、結(jié)束語

空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是信息社會必備的基礎(chǔ)設(shè)施[10]，CORS對空間數(shù)據(jù)的支持，使其成為空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中最為重要的組成部分。長江干線北斗CORS的建設(shè)運營將為長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)這一國家戰(zhàn)略提供基礎(chǔ)支撐，同時也是推廣國產(chǎn)導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)空間信息安全，并促進(jìn)沿江經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。相關(guān)部門應(yīng)盡早納入建設(shè)規(guī)劃，抓緊時間研究并立項建設(shè)長江干線北斗CORS，切勿錯失國家戰(zhàn)略發(fā)展機遇期，加強全局規(guī)劃和多部門協(xié)調(diào)，并注重扶持國產(chǎn)化軟硬件系統(tǒng)以確保空間信息安全，加強關(guān)鍵技術(shù)研究和后期的系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)劃。

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Reflections on Construction of the Changjiang Trunk BeiDou CORS

ZHANG Guoping

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2015-03-18

張國平(1956—)，男，高級工程師，主要研究航道測繪、電子航道圖及智能航道建設(shè)等。E-mail：clzx705@163.com

P228.4

：B

：0494-0911(2015)07-0005-04