省級GNSS 基準站普查方法探索與實踐

趙 鵬，厲芳婷，魏以寬，唐曉霏，林曉靜

（1. 湖北省測繪工程院，湖北 武漢 430074）

隨著我國衛星導航系統應用領域的不斷拓展，衛星導航產業已形成較完備的產業體系，服務性能不斷提升、應用范圍不斷擴大、市場規模快速增長。近年來高精度衛星導航定位技術也在物聯網、地災監測、自動駕駛、農業生產等領域得到應用和拓展[1-4]；隨著新興產業的不斷發展，其作為物聯網的關鍵技術之一，將與大數據、人工智能等進一步融合深化[5-6]。作為國家重要的空間基礎設施，衛星導航定位基準站網對國家安全具有重要影響，對促進北斗衛星導航定位市場發展具有重要作用。我國屬地殼活動活躍區，受地殼板塊運動、地面沉降等因素影響，各基準站實際點位發生著不同程度的變化，隨著時間的推移點位變化將越來越大[7-8]。我國從1992年開始建設衛星導航定位基準站，已經過30年的建設與發展；2006—2017年基準站建設與應用進入快速發展期，通過資源統籌、技術融合，構建了一個基準框架統一、功能完備、無縫銜接、服務高效的全國衛星導航定位基準服務系統，實現了2000國家大地坐標系地心坐標框架的維護與更新，構建了基于北斗衛星導航系統（BDS）的國家基準服務系統。2021年度現代測繪基準建設與維持項目數據處理報告顯示，全國有省級衛星導航定位基準站含省（市）基準站2 545 個、國家GNSS 基準站395個、陸態網基準站260余個，共計約3 200個，平均站間距為40~70 km。

1 研究區概況

湖北省一直走在全國衛星導航應用領域的前列，2010年原湖北省測繪地理信息局、湖北省地震局和湖北省氣象局共同建成湖北省連續運行衛星參考站（HBCORS），在全省范圍建設了81個基準站，集成了氣象專網、地震行業網和公眾ADSL 網絡，并建立了省級控制中心。2013年湖北省測繪工程院以HBCORS為基礎，在湖北省中東部地區建設了30 個BDS 基準站，從技術層面驗證了BDS的可用性。2014—2016年國家現代測繪基準體系基礎設施建設一期工程在湖北省境內共建設了5 個國家站，進一步完善和加密了HBCORS 網，項目驗收完成后納入HBCORS 網運行和管理。為進一步加強北斗地基增強系統在湖北省的覆蓋能力，2015—2017年湖北省測繪工程院全面開展北斗地基增強系統的建設工作，通過近3年的努力，已完成了覆蓋全省（81個站點）的北斗地基增強系統建設工作，部分站點設備和網絡得以更新和升級，軟硬件設施實現了國產化本地化，具有自主知識產權，完善了系統核心處理軟件，北斗專業化和社會化服務能力得到不斷提升。2019年湖北省通過網絡專線與周邊省市（重慶市、湖南省、江西省、安徽省、陜西省）實現共享實時數據，強化了省界邊緣地區的網形強度，提升了省界接邊地區的服務能力。湖北省北斗高精度位置服務平臺建設完成，并納入政府服務一網通辦，確定為公益化導航定位基準信息公共服務。2020年完成了支持北斗三號系統的改造。湖北省已建成一個高精度、高時空分辨率、高效率、高覆蓋率的GNSS綜合信息服務網，是實現湖北省現代化、大眾化、集約化、高質量地球空間信息服務的重要基礎設施[9-10]。高精度位置服務平臺為湖北省內的用戶提供了從厘米級到亞米級的實時差分定位服務，在自然資源、測繪、工程施工、氣象、地質研究等方面為社會大眾提供了高效可靠的導航定位服務。湖北省GNSS 基準站分布見圖1，平均基線長約為54 km。

圖1 湖北省GNSS基準站分布圖

2 數據來源與預處理

本文采用的數據為已有歷史建站、站點搬遷、設備更新、年度基準站巡檢調查等資料。

工作開展前先組織相關調查人員學習相關文檔，并準備好筆記本電腦、網線、插線板、網線測試儀、交換機、功分器、天線饋線、備用接收機、備用天線等相關設備；再申請車輛攜帶上述相關設備前往基準站站點開展工作。調查內容包括站點遷建、設備更新、站點托管人變更、點之記環境變化、供電供網、防雷、室內室外監控情況等。

3 普查方法和關鍵問題處理

3.1 普查內容

通過2022年的巡檢工作確認站點室內外環境變化、搬遷情況以及系統運行和維護情況，對基準站硬件（GNSS 接收機、GNSS 天線、供電電源、網絡通信設備、防雷設備、視頻監控設備等）進行檢查和維護，形成完整且時效性強的總體統計報告和單個站點的普查報告。總體統計報告內容包括所有基準站統計情況、更新全省站點分布圖、站點維護和托管情況、站點運行現狀、站點建設規劃等。單個站點普查報告內容包括站點名稱、站點編號編碼、站點建設時間、站點設備登記明細表、站點托管人情況、站點各種設備現時照片等，若站點有遷建情況，則需補充站點遷建情況登記表。

3.2 主要技術流程

基準站站點巡檢調查工作的主要內容和步驟為：①設計基準站普查實施方案；②收集整理已有資料，包括已有歷史建站、站點搬遷、設備更新、2020—2021年基準站巡檢調查等；③2022年基準站信息變更情況調查，包括站點遷建、設備更新、站點托管人變更、點之記環境變化、供電供網、防雷、室內室外監控情況等；④資料更新，對新建站點重新制作影像圖和交通略圖，填寫設備更換和托管人變更信息表，更新周邊環境變化區域照片，填寫網絡設備、防雷改造設施信息，更新室內室外監控變化信息；⑤成果生成。

每個基準站站點的工作完成后，需建立基準站點普查文件目錄，目錄名由站點所在行政區號和數字組成；及時填寫基準站普查登記表（doc 格式），分室內、室外和站點搬遷改造登記表等，內容包括站點編號編碼、站點位置、站點建設單位和時間、站點設備明細、站點托管人、站點各種設備照片以及站點搬遷改造等。根據普查報告表制作基準站信息匯總表（xls格式）；制作2013—2022年站點變化后年度分布圖（jpg 格式），填寫站點點之記表（doc 格式）；完成統計報告（doc格式）。

3.3 關鍵問題與處理原則

1）基準站站點建成時間不一，個別早期建設的基準站基礎設施和設備由于外部環境變化（主要是網絡、電力、觀測室位置的變化）產生了一些新的問題，如氣象局內部地溝存在局部坍塌、饋線長度不足、室內防雷體系不健全等。根據收集整理的資料，對比現場環境，記錄站點遷建、周邊環境發生變化的站點，拍攝站點室內外環境照片，記錄站點位置，更新點之記內容。

2）系統中基準站遍布全省，由于觀測條件惡劣、設備常年運行，系統設備老化問題日益嚴重，且因雷擊等意外原因導致不同程度的損毀，基準站接收機超期運行現象普遍。檢測GNSS 接收機及其天線主要設備的完好性、線纜磨損情況、天線安置情況，對損壞接收機進行更換并做相應記錄。

3）記錄站點托管人變更、站點供電供網、防雷和室內外監控情況。

4）檢測與維護基準站數據通信網絡，檢測網絡設備工作狀態、傳輸速率、誤碼率、延遲時間、丟包率、網絡安全等；維護基準站機柜及其周邊的環境衛生，并對設備做好防火、防潮、防盜等保護工作，消除安全隱患。

3.4 質量控制

為規范基準站普查工作的開展，保證整體工作質量，在項目開始實施前組織技術人員充分學習技術標準和實施方案，掌握普查技術要求，熟悉各站點的方位和設備配置，并檢查準備的專業工具是否齊全。由于外業工作分布在全省，范圍廣、跨度大，大多數站點在氣象局或地震局場站內，出發前一定要規劃好線路，及時與共建方取得聯系，合理安排好站點工作時間；同時要充分考慮天氣因素，關注野外行車安全。工作中嚴格按照方案中要求的野外站工作內容和步驟實施，細致完成好現場的每一項工作內容，并及時做好記錄。外業工作結束后，撤離前需與中心系統控制組及時回復各項檢查維護情況，保證一切正常才能離開現場，并與托管人確認工作內容，現場無法解決的問題應及時向項目負責人匯報，調整解決方案盡量及時解決，并記錄好解決的全過程。每個站點普查結束后，按要求及時完善站點普查報告。

項目質量檢查組對匯編的普查報告進行100%的內查，并提出整改完善意見，監督作業員及時修改，院質量管理科對項目過程成果進行抽檢。全省站點普查工作結束后，報院質量管理科對該項目進行最終檢查和驗收。檢查內容包括：①成果完整性，成果數量是否與設計方案一致，內容是否缺失；②成果一致性，普查報告格式是否統一，其他成果是否與設計格式一致；③成果準確性，內容是否正確。

4 結 語

本次普查能詳細掌握湖北省GNSS 衛星導航基準站現狀，為今后湖北省現代測繪基準體系建設和地理信息產業發展提供有力支撐，為我國衛星導航產業發展提供支撐。今后需繼續完善湖北省高精度位置服務工作，向各專業領域提供穩定可靠的高精度位置服務，滿足國土空間規劃、自然生態修復、地災監測預警等多方面需求；同時需不斷適應新時期衛星導航定位服務社會化應用的新需求、新市場，努力做好社會化應用，逐步擴大用戶群體，助推湖北省北斗產業發展。