某連續運行GNSS基準站系統的建設及運用

徐聲鑫

摘 要：GNSS連續運行系統其主要以GNSS技術為核心構建的永久性觀測系統。基于該系統長年累月的不間斷監測技術，可以實時提供區域地殼、電離層以及導航定位等多項基礎數據服務。此次以某地區連續運行GNSS基準站系統建設為例，對其布網設計、基準站建設以及網絡通訊等內容建設進行分析。此外，基于該系統可以有效實現對該地區地殼運動、垂直變化以及重力變化的監測，對于當地地震監測預報等具有重要意義。

關鍵詞：GNSS；地震監測；基準站

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0178-02

近些年，隨著人造衛星技術以及電子科技技術的高速發展，基于空間大地測量技術逐漸為人們所接受并得到廣泛應用。GNSS技術較好的測量精度、準確的時間系統以及較低的建造成本使得其成為當前相關領域研究的熱點。而地震作為重大自然災害之一，往往會給受災區域帶來巨大經濟損失以及人員傷亡，因此對其進行監測預報尤為重要。而基于GNSS技術可以有效實現對地震前兆信心的獲取，此外其豐富的功能擴展接口，可以同時為地質部門、氣象部門以及交通部門等提供服務。由此可見GNSS基準站的建設為地區穩定發展具有重要意義。此次就某GNSS基準站建設相關細節以及應用進行分析，希望可以為相關單位提供參考借鑒。

1 GNSS運行系統建設

1.1 基準站布局原則

GNSS基準站的建設其核心為GNSS技術，而該基準站同時還需要為當地提供高精密水準、高精密重力以及高精度的當地地殼三維運動實時監測數據網，覆蓋面較廣。因此依據需要該高精度GNSS基準站，需要同時滿足以下幾個方面：首先，該站可以為當地提供高分辨率的環境構造時空參數信息，為當地區域網的構建提供絕對精確坐標，為當地地震重點預警區域提供高時空分辨率實時監測；其次基于該地區GNSS系統可以與國家CORS以及周邊CORS網進行互聯，從而更好獲取該區域以及以及周邊區域的地殼變化特點，同時對大面積地震預警做好準備；最后基于基站建設應當可以提供，重力、精準水準測量值以及為當地社會提供精確時間與導航等功能。

依據以上幾個要求點，故該基準站的布局應當秉從以下幾個原則，即采取綜合優化布局形式，采用總體均勻重點加密的布網形式，對于人群相對密集，區域地位價值相對較高地區應當重點布局，而對于地廣人稀區域則可以適當進行稀疏化布局管理；該系統的建設主要仍舊以監測斷裂帶的運動為目的，因此在其次級活動區域內部均勻布點，在活動相對活的斷裂帶兩側以及邊界上應當適當進行加密；此外該基準站的建設應當符合當前國際標準，并基于已有的GPS基站進行搭配，避免重復構建，盡可能節省投資成本。

1.2 基準站建設要點分析

依據該地區實際需要，共假設了25個基準站以及3個可移動基準站。通過野外勘測以及對當地地理環境與地理構造特點的分析明確基準站的架設位置。依據布網原則，部分基準站其架設主要用于對潛在地震隱患的監視，故其中一部分基準站主要架設于地震斷裂與盆地邊界大斷裂帶邊界位置，并依據當地孕震形式與特點通過平行與垂直斷裂的三角網布網手段構建較為密集的臺陣，站與站之間的平均間距控制為80千米。此外，充分考慮到大地構造的連續性特點，在山地以及鄂爾多斯應力場也構建了基準站。此次可移動建站的布局，可以很好滿足當地對于危險區域的應急地震觀測，基于快速移動可以對基準站布局相對稀疏區域進行補給，繼而提高基準站的密度，大大提高基準站的預測可靠性。

1.2.1 觀測室及其系統構造

觀測室的構建應當依據“陸態網絡”土建相關標準建設，施工現場應當安排專業監理人員，確保工程的施工質量以及工程建設周期。此次該基站觀測系統主要涵蓋：GNSS基準站墩標、水準點位以及重力墩標幾個部分，而其中GNSS基準站墩標又有基巖墩標以及土層墩標兩個部分。此次針對該GNSS基準站墩標主要采用基巖墩標，而土層墩標應挖深深度超過20米；針對該系統天線的布控，此次則采用扼流圈天線技術，針對GNSS系統接收機的選擇，則主要采用Trimble NetR9多星多頻接收機；針對氣象三要素的布控，其主要用于對基準站周邊以及內部溫度、氣壓以及環境濕度的實時監測。

1.2.2 供電系統與防雷系統的架設

供電系統是確保整個系統穩定運行，實現全天候監測的關鍵。因此針對供電系統應當進行充分設計考量，此次供電系統主要涵蓋觀測系統與通信系統的供電、基于平衡式供電系統模式即常見的直流供電系統進行供電，其主要由一臺自動充供電系統以及兩組蓄電池系統構成，數據備份以及監控系統的供電設備主要有市電供電及UPS不間斷供電系統進行供電。

實際基準站的架設位置往往在戶外，且架設地點環境復雜，必要的防雷措施可以使其免遭雷擊等可能。此次基準站針對避雷系統建設主要包括，建筑物的避雷措施、供電系統的防雷措施以及傳輸線路和觀測設備的防雷幾個部分。針對建筑物的防雷措施，主要采用具有較好的接地性能的銅質避雷針以及接地電網；而針對供電避雷系統則采用B+C級別的電源防雷設備；傳輸線路依據其特性，此次采用網絡防雷器規避潛在雷擊；而基于饋線避雷設備則此次主要用于對觀測設備的防雷方面。

1.2.3 系統數據備份與監控安裝

大量基站的建設，其主要目的是獲得當地實時潛在地震數據信息以及其它相關信息。因此針對信息的實時存儲與統計分析尤為關鍵。此次GNSS基準站的建設，針對數據存儲備份主要采用NAS存儲介質用于對基準站所接收以及觀測到的數據進行實時備份存儲，當通訊線路出現問題時，基于該存儲功能可以發揮巨大作用。監控系統的架設可以幫助觀測室人員更好對基準站現場情況進行直觀了解，并對基準站事故進行實時預報。因此針對每個基準站架設必要的監控設備，觀測其周邊安全情況并對站內GNSS接收機的工作情況進行及時了解與預警十分必要。

1.3 數據中心構建

此次數據中心其在整個GNSS系統中擔負重要職責，其主要用于為全網數據傳輸、分析處理以及管理等方面提供服務。基于該數據中心為整個區域連續觀測系統的運行管控以及日常數據處理等提供服務。此外，該數據中心同時肩負數據資料共享、并對當下各個基準站監測體系進行遠程監控以及線上修復等功能。由此，該數據中心主要劃分為多個數據系統，主要包括數據集成系統、監控系統、數據交流系統以及數據管理和存儲、共享系統。其中數據監控系統主要針對該地區GNSS連續觀測系統的觀測、通信以及數據通信等方面的處理與管控等，從而確保該系統可以實現正常不間斷運行。如圖1所示為該GNSS數據中心網絡拓撲結構示意圖。

2 連續運行GNSS基準站系統運用分析

與其它地區基準站建設類似，該基準站系統的建設在地震預測、區域地殼運動變化、地球物理正反演變、數字化城市構建以及對流程、時間服務、定位導航等方面具有十分重要意義。該基準站系統的建設已經累計積累了多年原始數據，通過GAMIT/CLOBK高精度專業解析，獲得了這些基準站的精確三維數據坐標。基于該高精度GNSS系統，可以實現毫米級別的水平精度，厘米級別的垂直精度，完全可以滿足時下有關部門對于測繪精度的需求。

2.1 地震預報與大地水準面精算

該GNSS系統可以全天候24小時不間斷運行，進而獲取該區域實時、準確的三維數據信息，并基于該數據信息構建當地地殼水平運動以及應力應變場信息，結合構造背景與斷裂活動等數據信息繼而為當地地震孕育情況以及地震發展情況進行分析預測。

該GNSS系統在水平方向精度很高，已經達到毫米級別，而在豎直方向上由于測量的是大地高度，因此與常規的水準測量獲取的正常高存在一定的區別。基于有效措施提高GPS垂直精度，一直以來使人們研究難點。而基于GNSS連續運行系統將水準點與重力點相結合，可以聯合進行大地水準面的精算分析，進而有效提高該系統在垂直方向上的精度級別，為當地大地測量基準奠定基礎保障。

2.2 實時動態定位與去與災害研究

RTK技術又稱為虛擬參考站技術。基于GNSS系統可以基本實現對地區的全覆蓋，其測量精度可以達到厘米級別，因此完全可以滿足諸如水暖管線測量、電力線路的測量等需要。此外，基于該系統也可以用于各種點位放樣監測，常見比如應用于公里軸線放羊、工程樁基的放樣等方面。此外，基于該系統的基準網絡，還可以進行地形圖網的測繪等工作。對于該地區地質災害較多情況，尤其針對地震、泥石流滑坡以及地裂縫較多區域，自然災害的發生勢必會給當地群眾帶來經濟損失與人員損傷，而基于該GNSS預警系統則可以對當地地質災害進行提前預警，繼而對地質災害演生規律進行分析并切實找尋出地質災害發生的方式與預警，繼而避免地質災害帶來的損失，規避地質災害。

3 結語

針對地區投入建設GNSS連續運行系統，可以很好服務當地群眾，為當地防災減震等提供預警服務，同時也為當地地質災害、互動斷裂分布以及當地地殼運動形式等提供重要數據基礎服務。目前，隨著地區經濟的發展，構建數字化現代城市是未來發展趨勢。基于該GNSS系統可以為當地數字化城市建設提供保障，憑借其高精度測繪技術可以為城鄉規劃、國土規劃以及當地經濟發展等提供重要保障。此外，基于該技術互聯與數據共享，其可以與國家數據庫以及國際數據進行實時數據共享與分析，繼而為國家乃至全球地殼運動數據以及地質災害預警等提供技術保障，未來隨著通信技術以及電子技術的不斷完善與提高，GNSS系統其靈敏度、精確度以及可應用性等方面勢必將得到更大提高，進而為人類提供更為可靠、精確的服務。

參考文獻

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