雙頻GPS參考站子系統(tǒng)建設(shè)的分析

熊瑛

(中山市鐵城測(cè)繪工程有限公司中山廣東528400)

雙頻GPS參考站子系統(tǒng)建設(shè)的分析

熊瑛

(中山市鐵城測(cè)繪工程有限公司中山廣東528400)

隨著GPS技術(shù)的飛速進(jìn)步和應(yīng)用普及，在城市測(cè)量中的作用已越來(lái)越重要。當(dāng)前，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System，縮寫為CORS）已成為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶的產(chǎn)物。CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。本文著重介紹連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CORS）的基本理論情況，以及南方連續(xù)運(yùn)行雙頻GPS單參考站系統(tǒng)的建設(shè)。

衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CORS）虛擬參考站(VRS)參考站GPRS無(wú)線通訊

隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展,在測(cè)繪領(lǐng)域也得到了推廣普及，舊的傳統(tǒng)測(cè)繪模式逐漸被高科技的新技術(shù)取代。近年來(lái)，隨著GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，工程測(cè)量的作業(yè)方法更是發(fā)生了歷史性的變革。GPS測(cè)量通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測(cè)量點(diǎn)的空間位置，它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。

1　 CORS系統(tǒng)的基本理論

1.1CORS的概念

連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System）簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)。

連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)可以定義為一個(gè)或若干個(gè)固定的、連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值(載波相位，偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。

CORS系統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。

基準(zhǔn)站網(wǎng)：基準(zhǔn)站網(wǎng)由范圍內(nèi)均勻分布的基準(zhǔn)站組成，移動(dòng)站用戶在野外完成靜態(tài)測(cè)量后，可以從基準(zhǔn)站軟件下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線聯(lián)合解算。

由于傳統(tǒng)的RTK技術(shù)需要有測(cè)區(qū)附的控制點(diǎn)的點(diǎn)位數(shù)據(jù).針對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目需要架設(shè)基準(zhǔn)站.以及考慮到初使化時(shí)間,改正模型等各方面的因素,CORS系統(tǒng)的建立對(duì)于大中城市的基礎(chǔ)測(cè)繪來(lái)說(shuō)是實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的.

1.2CORS的分類

單基站系統(tǒng)，就是只有一個(gè)連續(xù)運(yùn)行站。類似于一加一的RTK,只不過(guò)基準(zhǔn)站由一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站代替，基準(zhǔn)站上有一個(gè)控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星的狀態(tài)，存儲(chǔ)和發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)。

多基站系統(tǒng)：分布在一定區(qū)域內(nèi)的多臺(tái)連續(xù)觀測(cè)站，每一個(gè)觀測(cè)站都是一個(gè)單基站，同時(shí)每一個(gè)單基站還有一個(gè)中央控制計(jì)算機(jī)控制。

1.3CORS技術(shù)算法

CORS技術(shù)目前在技術(shù)算法上分成VRS、FTK、主輔站技術(shù)，其中的優(yōu)略各個(gè)廠家說(shuō)法不一。天寶和南方CORS方案是VRS，徠卡是主輔，拓?fù)淇堤?hào)稱可以在三個(gè)技術(shù)中任意切換。

2　雙頻GPS單參考站系統(tǒng)的建設(shè)與分析

以下介紹佛山市三水某公司南方連續(xù)運(yùn)行雙頻GPS單參考站系統(tǒng)的基本情況，陳述了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)過(guò)程，外業(yè)測(cè)試，與已有控制點(diǎn)的比較，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行作出了有效的評(píng)價(jià)

2.1系統(tǒng)介紹

佛山市三水某公司南方CORS連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)由雙頻GPS單參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)等組成。GPS單參考站建設(shè)在公司5樓樓頂，網(wǎng)絡(luò)RTK覆蓋面積約為3000多平方公里，其中半徑30公里范圍內(nèi)的效果更佳。

GPS單參考站子系統(tǒng)：由1個(gè)雙頻單參考站組成，主要功能是全天24小時(shí)不間斷地接收GPS衛(wèi)星信號(hào)、采集原始數(shù)據(jù)；

通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)：由1條靜態(tài)IP網(wǎng)絡(luò)組成，實(shí)時(shí)傳輸單參考站GPS數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)控制中心和發(fā)送RTK改正數(shù)到流動(dòng)站用戶；

用戶應(yīng)用子系統(tǒng)：由不同的流動(dòng)站組成，接收改正數(shù)，并解算出流動(dòng)站的精確位置。

2.2建設(shè)過(guò)程

2.2.1CORS建設(shè)

在公司的五樓樓頂建設(shè)了1個(gè)GPS參考站，在蘆苞做了一個(gè)輔助站,可以隨時(shí)和假設(shè)GPS基準(zhǔn)站以方便覆蓋整個(gè)三水地區(qū)。作業(yè)覆蓋面積約1800平方公里。

（1）站點(diǎn)勘點(diǎn)。在建設(shè)初，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形選擇了3個(gè)點(diǎn)(含蘆苞)做待選點(diǎn)，組織了24小時(shí)每秒1個(gè)歷元的靜態(tài)觀測(cè)，專業(yè)軟件解算和評(píng)估了效果，選擇樓頂1號(hào)點(diǎn)和蘆苞兩個(gè)點(diǎn)實(shí)施建設(shè)。

（2）站點(diǎn)建設(shè)。按照南方公司提供的方案和流程圖，組織了精細(xì)的施工，建設(shè)了1.6米高的觀測(cè)墩，并作了相應(yīng)的專業(yè)防雷處理。

（3）采取靜態(tài)采集控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)靜態(tài)解算求參數(shù)的辦法。坐標(biāo)參數(shù)的準(zhǔn)確性與轉(zhuǎn)換方法、控制點(diǎn)的數(shù)量、點(diǎn)位精度和分布有關(guān)。要精確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，就必須采用七參數(shù)等精確坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，控制點(diǎn)的坐標(biāo)精度高，參加求解參數(shù)的控制點(diǎn)盡可能多，而且應(yīng)均勻地分布在測(cè)區(qū)。

2.2.2通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

根據(jù)連續(xù)運(yùn)行GPS單參考站系統(tǒng)的特點(diǎn)和三水?dāng)?shù)據(jù)通訊的現(xiàn)狀，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，采用了電信ADSL靜態(tài)IP的通訊網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3軟件系統(tǒng)的安裝和調(diào)試

本系統(tǒng)使用了南方公司最新的BASE TRANS軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、管理、存檔。各種格式數(shù)據(jù)的建立、發(fā)送等工作,并且預(yù)留了與GDCORS連網(wǎng)的可能性。

已經(jīng)制作的數(shù)據(jù)類型和端口為：

?

2.2.4完善的系統(tǒng)測(cè)試

完善的系統(tǒng)測(cè)試是確定系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到技術(shù)設(shè)計(jì)的要求，是保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行，滿足實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。

2.2.4.1數(shù)據(jù)中心

系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、系統(tǒng)的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間、完備性監(jiān)測(cè)功能、容錯(cuò)性以及系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化水平。

2.2.4.2單站RTK

確定RTK的覆蓋范圍，RTK覆蓋范圍內(nèi)的RTK精度，及其均勻性；確定單站RTK能得到固定解的最長(zhǎng)距離，檢測(cè)其可靠性，以及隨距離增加，精度衰減的狀況。系統(tǒng)的可靠性和RTK作業(yè)效率。

2.2.4.3數(shù)據(jù)通訊及其它穩(wěn)定性、安全性、UPS電源、GPRS、CDMA數(shù)據(jù)傳輸、避雷等

通過(guò)嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試，系統(tǒng)的厘米級(jí)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位有效服務(wù)范圍：覆蓋參考站區(qū)域30Km半徑的范圍，在三水條型地形下,覆蓋共1800多平方公里，在25Km范圍內(nèi)，一般10—20秒左右初始化。

3　雙頻GPS單參考站系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

根據(jù)本人在雙頻GPS單參考站系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中總結(jié)，僅供參考。

（1）GPS基準(zhǔn)站的選址與建設(shè)：GPS基準(zhǔn)站開始的選址要能盡量能覆蓋本地區(qū)，所以應(yīng)盡量選在本地區(qū)的中心開闊地帶，并組織24小時(shí)每秒1個(gè)歷元的靜態(tài)觀測(cè)，專業(yè)軟件解算和評(píng)估了效果。

（2）通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇：通訊網(wǎng)絡(luò)是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（一般是GPRS或者CDMA，也可以用GSM）與主控站進(jìn)行鏈接，鏈接建立以后，向主站發(fā)送偽距觀測(cè)值（遵循NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)，估算用戶概略位置），主控站收到用戶請(qǐng)求后，根據(jù)用戶位置為基礎(chǔ)，解算相關(guān)的誤差改正值（這一步概述如此，實(shí)際上不同技術(shù)之間所采用的方法不一樣，稍后討論），遵循RTCM標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶，這樣，用戶在NRTK區(qū)域內(nèi)即可獲得厘米級(jí)的定位精度。在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的地方是不可能進(jìn)行的。

（3）WGS84坐標(biāo)到地方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取：在只知道地方坐標(biāo)而不知道WGS84坐標(biāo)的前提下，采取靜態(tài)采集各控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)靜態(tài)解算求參數(shù)的辦法。坐標(biāo)參數(shù)的準(zhǔn)確性與轉(zhuǎn)換方法、控制點(diǎn)的數(shù)量、點(diǎn)位精度和分布均勻有關(guān)。要精確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，就必須采用七參數(shù)等精確坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，控制點(diǎn)的坐標(biāo)精度高，參加求解參數(shù)的控制點(diǎn)盡可能地多，而且應(yīng)均勻地分布在測(cè)區(qū)。

4　結(jié)束語(yǔ)

CORS系統(tǒng)提供一個(gè)高精度三維動(dòng)態(tài)測(cè)量基準(zhǔn)，建立一個(gè)無(wú)控制點(diǎn)的電子測(cè)量控制網(wǎng)，為城市規(guī)劃及工程建設(shè)提供各種精度的實(shí)時(shí)RTK的實(shí)時(shí)的定位服務(wù)，CORS系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)化概念引入到了大地測(cè)量應(yīng)用中，該系統(tǒng)的建立不僅為測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)深刻的變革，而且也將為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)社會(huì)中的空間信息服務(wù)帶來(lái)新的思維和模式。

[1]《全球定位系統(tǒng)(GPS)原理與應(yīng)用》袁安存大連海事大學(xué)出版社1999.11.

[2]GPS測(cè)量原理及應(yīng)用(3S叢書)徐紹銓等武漢武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社1998.

[3]南方測(cè)繪的SOUTH-BASE接收機(jī)用戶手冊(cè).

[4]李毓麟等在長(zhǎng)距離GPS[]相對(duì)定位中的失周處理［A］.高精度靜態(tài)GPS[]定位技術(shù)研究論文集［C］.北京：測(cè)繪出版社，1996.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-271-2