寧東礦區連續運行網絡參考站測量系統的建立及系統測試

王思云

（國家能源投資集團寧夏煤業公司，寧夏 銀川 751409）

引言

全球導航衛星系統連續運行參考站網(The Continuously Operating Reference Stations Ausing Global Navigation Satelite System, CORS)是以全球導航衛顯系統(GNSS)為基礎建立的連續運行參考站網,簡稱連續運行參考站系統或連續運行基準站系統[1]。CORS 改變了傳統測繪外業的作業模式，是測繪歷史的又一次重大的變革[2]。

1 項目概況

受寧東礦區地面建設及礦井開采沉陷影響，地面測量控制網受到嚴重破壞，直接影響地面沉降觀測，基礎設施標定，礦井煤柱留設、延伸和兩井巷道貫通等，嚴重影響煤礦安全生產。從長遠角度考慮，在寧東基地建立連續運行網絡參考站測量系統(ND-CORS）是非常有必要的。應用衛星定位導航、現代通信、計算機等多種集成技術建設的寧東礦區連續運行衛星定位綜合服務系統，為礦區內部人員及設備的管理提供強有力的快速有效的技術支持。

2 ND-CORS 系統的建立

2.1 基準站升級改造

此前，寧東礦區僅任家莊煤礦、金鳳煤礦、羊場灣煤礦各有一套雙星單基站CORS 系統，無法滿足寧東其他礦區測量需求。因此，升級原有任家莊、羊場灣和金鳳3 個雙星單基站為三星基站，并經過踏勘、選址，新建棗泉、清水營和雙馬3 個三星基站，在神華寧煤總部升級1 個數據中心，建成寧東礦區連續運行網絡參考站測量系統。

2.2 基準站設計

2.2.1 觀測站點組成

圖1 為站點組成示意圖。

圖1 站點組成

2.2.2 觀測墩建設步驟

在基準站防雷裝置安裝調試完成后，進行基準站觀測墩建設，見圖2。

圖2 屋頂形不銹鋼觀測墩實景

2.2.3 數據中心升級改造

系統控制中心置于神華寧煤集團公司信息技術中心，包括服務器室和應用室，并安裝有外線電話。服務器室內安置了UPS 和網絡服務器機柜，應用室用隔斷分為4 個工作區域，用于放置計算機。服務器室和應用室采用中央空調系統。系統建設過程中，對機房內的線纜（電力線和網絡線）進行整體布線，室內所有網線、電力線等通過固定于墻壁上的走線槽分配至各機位中[3]。

2.2.3.1 數據處理與控制中心設計

數據處理與控制中心是整個CORS 系統的核心單元，主要由內部網絡、數據處理軟件、服務器等組成，通過光纖網絡實現與基準站之間的有線連接。推薦系統控制中心由計算機中心硬件設備和網絡參考站系統軟件(NRS)組成，NRS 系統軟件是整個CORS系統的神經中樞[4]。

2.2.3.2 數據中心網絡設計

ND-CORS 系統整個體系是以數據中心為中心節點的星形網絡。各基準站為系統網絡的子節點。數據中心是系統的管理與數據處理中心，它的結構和性能直接影響整個系統的運行和可靠性[4]。

3 ND-CORS 系統測試

3.1 系統網絡RTK 實時動態測試

本次系統網絡RTK 實時動態測試選擇的控制點為29 個。測試點均分布在寧東礦區規劃范圍內，測試過程中所有測試點均得到固定解，內外符合精度均滿足系統厘米級定位服務寧東礦區的設計需求。系統網絡RTK 實時動態測試結果見表1。

表1 系統網絡RTK 實時動態測試統計

3.2 系統定位精度測試

在ND-CORS 覆蓋區域及周邊選擇29 個控制點。根據測試結果，系統定位精度測試測試點均分布在寧東礦區規劃范圍 內，ND-CORS 系 統 內外符合精度均達到設計指標。系統定位精度測試結果見表2。

表2 內外符合精度統計表

3.3 系統空間可用性測試

系統空間可用性測試是在達到精度指標要求的前提下，系統可能的覆蓋范圍。系統空間可用性測試點均分布在寧東礦區規劃范圍外，測試過程中所有測試點均得到固定解，最大基站距達43 km，滿足系統厘米級定位服務覆蓋寧東礦區的設計需求。

3.4 系統時間可用性測試

在ND-CORS 實時動態網絡的覆蓋范圍內，選取了2 個固定點進行采集。時間可用性測試統計見表3，由測試統計結果可知，各時段系統可用性均滿足規范要求的85%以上，證明系統性能達到設計指標。

表3 時間可用性測試統計

3.5 系統環境可用性測試

為測試系統在惡劣環境下的定位能力，選取在建筑密集區和有樹木遮擋的定位困難區域進行網絡RTK 測試。使用寧東礦區連續運行衛星定位綜合服務系統BDS+GPS+GLONASS 組合網絡解進行網絡RTK 實時定位測量。經測試，ND-CORS 系統在定位環境惡劣區域時，無論是樓角還是樹下，均可達到固定解。

3.6 系統兼容性測試

選用不同品牌接收機如徠卡、南方、中海達、華測等連接ND-CORS，看是否可以正常接入ND-CORS,并且達到固定解的狀態。經測試，徠卡、南方、中海達、華測等接收機在連接ND-CORS 時，都成功接入系統，并且迅速達到固定解。并且ND-CORS 系統兼容徠卡、南方、中海達、華測等主流品牌接收機，滿足系統設計要求，ND-CORS 系統為各主流品牌接收機提供定位服務時，定位時長明顯縮短。

3.7 RTK 定位服務時效性測試

系統定位服務的時效性對于用戶而言就是網絡RTK 定位所需的初始化時間。影響RTK 作業初始化時間的主要因素包括可用衛星數、衛星分布、測站與基準站的距離和觀測環境等[5]。經測試，NDCORS 系統提供的三星定位模式下定位時效性均滿足設計要求[6-7]。

3.8 控制中心軟件系統功能及性能測試

經對控制中心軟件系統功能及性能進行測試，系統數據中心軟件系統功能及性能各項測試均合格，滿足技術設計書中對數據中心軟件系統功能及性能的相關要求。

4 結論

根據神華寧煤的要求，在寧東礦區建立連續運行網絡參考站測量系統。在原有任家莊、金鳳、羊場灣各一套雙星單基站CORS 系統基礎上，升級原有任家莊、羊場灣和金鳳3 個雙星單基站為三星基站，并經過踏勘、選址，新建棗泉、清水營和雙馬3 個三星基站，在神華寧煤總部升級1 個數據中心，建成寧東礦區連續運行網絡參考站測量系統。基建完成后，對基準站及其數據中心的各項功能進行測試，包括系統網絡RTK 實時動態測試、系統定位精度測試、系統空間可用性測試、系統時間可用性測試、系統環境可用性測試、RTK 定位服務時效性測試、控制中心軟件系統功能及性能測試，以上所有測試都滿足技術設計書中對基準站和數據中心軟件系統功能及性能的相關要求。ND-CORS 系統自2018 年10 月份投入運行至今，總體運行穩定，實時定位解算速度快、精度高，通信鏈路數據傳輸速度快，初始化時間短，測量解算快，使用方便。