ＧＮＳＳ連續運行參考站系統的建設

朱明建　張　偉

摘要:SOUTH CORS GNSS連續運行參考站系統是一個高度集成化的測量系統,將尖端的GNSS測量技術和傳統的常規測量技術結合在一起,提供了一整套數據采集、數據處理、數據分發、數據管理的先進解決方案。本文著重論述了CORS的概念、優缺點、分類、用途及原理,為建立城市GNSS連續運行參考站系統提供幫助。

關鍵詞:GNSS連續運行參考站 衛星定位 GPS RTK 單基站多基站

一、CORS的概念

連續運行參考站系統(Continuous Operational Reference System,簡稱CORS系統)可以定義為一個或若干個固定的、連續運行的GNSS參考站,利用現代計算機、數據通信和互聯網(LAN/WAN)技術組成的網絡,實時地向不同的類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的GNSS觀測值(載波相位,偽距),各種改正數、狀態信息、以及其他有關的GNSS服務項目的系統。

二、CORS的優點

與傳統的GNSS作業相比連續運應參考站具有作用范圍大、精度高、野外單機作業等眾多優點,目前國內一大批城市、省區和行業正經歷著一個連續運行參考站網絡系統的建設高潮。其優點如下:

1.具有跨行業特性,可面向不同類型的用戶,不再局限于測繪領域及設站的單位和部門。

2.可同時滿足不同需求的用戶在實時性方面的差異,能同時提供RTK、DGPS、靜態或動態后處理及現場高精度準實時定位的數據服務。

3.能兼顧不同層次的用戶對定位精度指標的要求,提供覆蓋米級、分米級、厘米級的數據。

4.覆蓋范圍廣、作業效率高、一次投資長期收益的特點,成為城市基礎設施建設的新方向。

5.提供穩定、統一的參考坐標系給所有用戶共享,規范基礎測繪數據。

6.提高作業區域的精度一致性,降低系統誤差,提高作業數據質量。

7.提高生產效率,單人測量系統成為GNSS主流作業模式。

三、CORS的分類

CORS技術在用途上可以分成單基站CORS、多基站CORS和網絡CORS。

單基站CORS:就是只有一個連續運行站。類似于一加一或一加多的RTK,只不過基準站是由一個連續運行的基站代替,基站同時又是一個服務器,通過NRS-SERVER軟件實時監控衛星狀態,存儲靜態數據和實時發送差分信息。

多基站CORS:是分布在一定區域內的多臺連續運行的基站,每一個基站都是一個單基站系統,由控制軟件自動計算流動站與基站間的距離,將距離近的基站差分數據發送給流動站。

網絡CORS:就是采用網絡參考站系統軟件,對分布在一定區域內的多臺基準站的坐標和實時觀測數據進行系統綜合誤差改正建模,盡可能消除區域內流動站觀測數據的系統綜合誤差,從而獲得高精度的實時定位結果。

在范圍、復雜性和投資上單基站CORS、多基站CORS和網絡CORS有著較大的差異。如下表:

四、CORS的用途

由于GNSS技術已得到廣泛認同,GNSS的應用具有跨行業特性,CORS系統的服務也不再局限于測繪領域,它同時可以被用于檢測地殼運動,提供測量控制,支持測量、GIS數據采集、機械控制以及精密定位和監測等。

(一)測量控制

與傳統的常規儀器和GNSS作業相比,CORS系統的效益要高得多。對于一個局部區域、鎮、市、漏天礦場或施工現場,可能一兩個獨立的參考站就可以滿足要求,若要為一個大中市區、地級市或全省提供完整的GNSS服務覆蓋,則需要一個多參考站。

(二)GIS數據采集

隨著城市的發展和各種應用的提出,GIS數據采集也成為測繪工作十分重要的一種應用,GIS數據包括有空間位置和屬性信息兩方面,CORS可以滿足GIS數據采集的應用要求。GIS數據采集應用可分為事后處理和實時兩種方式。

(三)全國土地二次調查中的應用

CORS系統可分為RTK和手持GNSS提供所需的差分信息,將廣泛用于土地調查數據庫的更新、新地形的測量和現有土地調查信息的復制,高效快捷,確保數據的精度。

(四)變形監測

在可能發生地震、滑坡的地區,常采用分布適當的GNSS參考站來監測地殼運動,通過對CORS網中的各參考站天線位置的計算來進行地殼運動的分析。

(五)車輛監控和調度管理

將尖端科技領域的衛星定位技術和地理信息技術、通訊技術和先進的軟件開發技術有機的結合在一起,可以為用戶提供全新、透明、可視、實施、互動、形象化的車輛跟蹤調度管理服務。

(六)氣象分析

利用GNSS無線電信號穿越大氣圈時受到電離層與對流層的彌散效應和出現的折射現象,進行數值分析,特別是可以精確的提取大氣層中的水分含量和分布,從而對可能出現的降水時間和強度作出前所未有的精確預報,服務于當地的農業、交通、旅游、體育和社會公共活動的精密部署,減少災害性天氣給各行各業帶來的生命財產損失。

五、CORS的原理及指標

(一)單/多基站CORS的原理

單基站CORS:類似于一加一或一加N的RTK,只不過基準站有一個連續運行的基準戰代替,它將尖端科技領域的衛星定位技術和地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發技術有機的結合在一起,為用戶提供了全新、透明、科室、實施的測量服務。基準站上有一個控制軟件實施監測衛星的動態,存儲和發送相關數據,同時有一個服務器提供網絡差分服務和用戶管理。

多基站CORS:使分布在一定區域內的多個單基站,他們都將數據發送到一個服務器。流動站作業時,只要發送他的位置信息到服務器,系統自動將距離近的基站差分數據發送給流動站。這樣就確保了流動站在多基站CORS覆蓋區域移動作業時,系統總能提供距離流動站最近的參考站數據。

(二)單/多基站CORS的特點

1.投入較少:隨著單/多基站技術的成熟,只要投入較少的資金即可在一個較小的城市建立一個或多個CORS基站,滿足當地測量用戶不同層次空間信息技術服務的需要。基站建成后,基站所在城區及近郊區、城市進出口主要交通沿線,以及以基站為中心三十公里范圍內區縣、城鎮、城鄉地區實現快速厘米級實時定位和事后差分。

2.隨時可以升級和擴展:單/多基站系統可以隨時增加新的基站,加大實時RTK作業的覆蓋區域,一旦建立網絡CORS系統的條件成熟,只要進行系統軟件升級,單/多基站CORS系統即可輕松的升級成網絡CORS系統。

3.數據可靠、穩定、安全:基站可連續觀測,靜態數據全天候采集,點位精度高,數據穩定;用戶登錄采取授權方式,數據中心可以管理登錄用戶,數據安全性較高。

4.作業范圍廣:作業半徑可以擴大到40公里,能夠實現快速厘米級實時定位及事后差分。

5.施工周期短:單/多參考站技術經過實踐表明它是一種比較成熟的技術,從方案落實開始采購設備、安裝調試,到驗收運行整個建設周期基本上在一個月之內。

(三)單/多基站CORS的技術指標

(四)網絡CORS的原理

在網絡CORS中,分布在一定區域內的多臺基準站將所有的原始數據傳回中心,通過系統軟件對收到的各基站的坐標和原始觀測數據進行系統綜合誤差建模。RTK移動站在工作時,先向控制中心發送一個概略坐標(GGA數據),控制中心收到這個位置信息后,根據用戶位置,由計算機自動將該位置改正的GNSS軌道誤差,電離層,對流層和大氣折射應起的誤差發給移動站。這個差分信號的效果相當于在移動站旁邊,生成了一個模擬的參考基站,從而解決了RTK作業距離上的限制問題,并保證了用戶的精度。

(五)網絡CORS的技術指標

六、結束語

作為空間數據基礎設施,連續運行衛星定位(CORS)系統的建設逐漸成為數字城市和信息化建設的重要內容,許多城市已將CORS的建設列入政府基礎設施計劃。隨著CORS在我國的普及,城市CORS今后面臨的主要問題,是研究如何拓寬系統的服務領域,開展多層次的服務內容,豐富系統用戶,在穩定的地區建立永久性基巖參考站,開展區域地殼變形及高層建筑物變形監測服務等。此外,還需要逐步探索并完善CORS的服務和維護模式,建立有關CORS的建設規范,開拓并引導市場。

參考文獻:

[1]劉經南,連續運行參考框架網絡.大地測量學論文集.測繪出版社.1999。

[2]劉經南等.連續運行多功能差分示范站的建設與試驗.測繪通報,2000.(1)。

[3]黃丁發,丁建偉. 差分GPS連續運行參考站網建設研究[J].西南交通大學學報,2000(4):375-378。

(作者單位:1,2河南省測繪產品質量監督站)