興安盟建立參考站的初步設想＊

范淑媛，黃少波

（1.內蒙古興安盟烏蘭浩特市國土資源局，內蒙古 烏蘭浩特 137400；2.內蒙古喬泰國土勘測技術有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

1 建立參考站的必要性

21世紀是一個信息化時代，城市信息化、數字化已成為迫切需要。目前全國各地都非常重視社會信息化的建設，很多地區都在積極開展GPS參考站系統的建設。GPS參考站系統是新一代高精度、三維、動態、多功能測繪基準體系，可以滿足各種不同行業、不同用戶對精密定位、快速和實時定位、導航的需要，滿足城市規劃、國土測繪、地籍管理、城鄉建設、環境監測、災害監測、安全監測，交通管理等多種現代信息化管理的社會需要。

興安盟進入了快速發展時期，各旗縣市的發展變化都很快，每天都要進行大量的城市規劃、建設、工程施工等工作，這些工作的進行都需要以測繪作為基礎，特別是測繪控制網的優化。這些年以靜態測量構成的靜態測量控制點來作為城市規劃、建設的基礎設施，已不能適應現代化城市發展的要求，為了更好地為政府決策和各行各業提供有效、可靠的信息，急需建設GPS參考站系統網。

2 興安盟地理概況

興安盟位于內蒙古自治區的東北部，地理位置處于東經119°28′～123°38′、北緯44°14′～47°39′之間，南北長380km，東西寬320km，總面積近6萬平方公里，屬大興安嶺向松嫩平原的過渡地帶，地形自西北向東南呈階梯狀，依次分為中山、低山、丘陵和平原。

3 參考站系統設計

3.1 總體目標

建立地基穩定、分布均勻、覆蓋全盟的連續運行GPS參考站，為氣象、安全、地震、測繪、交通、水利、環保等部門和行業提供高精度（分米級或厘米級）的靜態定位、動態定位、基準數據、差分數據、精密星歷、監控接入等多功能、多用戶、開放式的公共信息。形成我盟新一代測繪基準體系，達到“一個平臺，一次投資，多種服務”的效果。

針對興安盟及周邊的地理環境、應用的實際需求進行客觀、科學設計，該系統由12個新建的GPS參考站組成，平均站間距在40～80Km左右，可覆蓋興安盟6個旗縣市，面積約12 000平方公里。整個系統由GPS硬件（接收機與扼流圈天線）、參考站管理、控制與計算軟件、數據通訊系統、供電系統以及避雷設施等組成。系統的基本目標是能夠連續不斷地對各參考站進行數據采集，并監測GPS衛星原始觀測數據及其質量，數據采樣率達20Hz，它不僅適合于高精度平面及高程測量等測繪工作，而且也可應用于導航、形變監測、地震預報、氣象預報等領域。

3.2 主要任務

建立1個GPS數據處理中心、1個控制中心及提供相應的通訊支持、12座連續運行GPS參考站，通過數據處理中心分析計算得到精確的誤差修正模型，采用Internet及GPRS技術實時發送RTK差分改正數，實現網絡RTK。向全盟提供分米級或厘米級的實時差分定位及導航服務。GPS參考站分布如下圖1所示。

圖1 興安盟衛星連續運動參考站網分布圖

3.3 技術設計依據

由于GPS參考站系統的建設，目前沒有相應的建設規范，該系統的建設參照國家的有關技術規范和行業標準以及一些國際現行通用標準來進行科學技術設計。

有關GPS測量部分將參照國家技監局、測繪局制定的測繪規范或規定，數據中心機房建設參照有關電子計算機機房建設的國家標準，站址和墩標施工參照國家土建施工建筑行業規范以及IGS跟蹤站的相關技術要求，通信部分參照國家通信線路施工的有關規范，系統設備的防雷和電涌防護參照國家信息產業部制定的相關標準。主要有以下一些規范和標準：

名 稱 編 號 發 布 單 位國家技術監督局《差分全球定位系統（DGPS）技術要求》 GB／T 17424－1998 國家技術監督局《測繪技術設計規定》 CH／T 1004－1999《全球定位系統（GPS）測量規范》 GB／T 18314－2001國家測繪局

名 稱 編 號 發 布 單 位中華人民共和國建設部《IGS Site Guidelines》 2004Apil 14 IGS Central Bureau／JPL《混凝土結構設計規范》 GBJ10—89 中華人民共和國建設部《電子計算機機房設計規范》 GB 50174—93 國家技術監督局、建設部《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》 YD／T 5098—2001 中華人民共和國信息產業部《建筑物防雷設計規范》，2000年修訂版 GB 50057—94 中華人民共和國建設部《計算機信息系統防雷保安器》 CA 173—1998 中國公安部《工程測量規范》 GB 50026—93《城市測量規范》 CJJ8－99中華人民共和國建設部

4 參考站系統的建設

4.1 參考站選址和建網原則

在選擇GPS參考站站址的時候，需要考慮衛星可用性，是否存在潛在干擾源等因素，盡量選在有利于GPS衛星信號接收的地方，另外，應遵循以下一些基本原則：

4.1.1 站址基礎堅實穩定，避開地質構造不穩定的區域

4.1.2 遠離周邊一些易于產生多路徑信號源的地方，如高大建筑物，金屬物體反射面，樹林，水域等，一般距離應不小于100m

4.1.3 站址10度以上高度角天空無障礙物

4.1.4 站址應遠離電磁信號干擾源，如微波站，無線電發射臺，高壓線和雷擊區等，一般距離應不小于100m

4.1.5 站址應便于接入市電、通訊線路，且穩定、安全和可靠；避開交通要道線路附近，但到達站址要交通便利

4.1.6 便于管理和維護，保證設備安全

同時在擬建站址處進行連續兩天48hGPS觀測，以考察是否會存在有較強的多路徑、電磁等干擾以及網解和區域模型效果等問題。

系統建網基本原則有以下幾點：

4.1.6.1 興安盟連續運行GPS參考站系統在滿足系統技術要求的條件下以最少的參考站數量實現最大的覆蓋服務區域；

4.1.6.2 符合GPS參考站建站的基本要求；

4.1.6.3 有利于工程總體目標的實現及系統分期建設。

4.2 參考站的建設

4.2.1 墩標的建設

GPS參考站建設時應選在地質結構穩定的地面，但有時因條件限制需選在建筑物樓頂上。根據實地情況和應用要求，可采用建造混凝土墩標，高度在5米左右。

4.2.2 電涌防護的建設

為了防止參考站電子設備遭受雷電襲擊，將各種線路之間安裝電涌保護器（Surge Protective Devices，SPD），用于各類通信系統對各種雷電電流、操作過電壓等進行保護的器件。

4.2.2.1 在AT504天線與GPS傳感器的數據電纜中間將加入一個電涌保護器。當AT504天線不幸遭受雷擊，電流通過數據電纜傳往傳感器時，斷路器便會自動中斷電流的輸送，以保護傳感器。電涌保護器放置于一個外置的防水盒內

4.2.2.2 在市電源的接入端和GPS參考站設備的接入端安裝電涌保護器

4.2.2.3 在網絡線路接入端安裝電涌保護器

另外在參考站GPS衛星天線旁邊安裝一根避雷針，并確保避雷針的有效保護范圍是針徑下垂直4 5度角，有效范圍內安置衛星天線。

4.2.3 后備電源系統的建設

考慮到連續供電對連續運行GPS參考站系統的重要性，采用UPS后備電源供電。在一般情況下，整套系統是依賴AC交流電源運行，但當電源中斷時，后備電源可自動代替主電源使各項設備連續運行大約48h。后備電源系統包括一臺電源控制充電器、電壓轉換及一組多個深充電池。

4.2.4 GPS參考站的硬件配備

整個系統包括12個GPS參考站，每個參考站將配備一臺高精度雙頻GRX1200Pro專業型GPS參考站型接收機、一個符合IGS標準的AT504雙頻扼流圈衛星天線及天線保護罩、大容量記憶卡及其它所需電纜及配件，用于采集GPS原始數據進行GPS基線后處理計算工作，各站可選配35W PDL UHF無線電臺、56K調制解調器進行實時RTK數據發送給流動站用戶。并在各GPS衛星天線旁建造一支避雷針，避雷針接地，以在雷電時保護整個參考站系統設施。避雷針的覆蓋范圍不得小于從避雷針尖往下45度角，以確保避雷針能有效地保護天線。GPS參考站設備安裝連接示意圖如下圖2所示。

圖2 GPS參考站設備安裝連接示意圖

4.3 數據中心的建設

數據中心是整個系統非常重要的一個部分，配備一臺服務器與12臺GRX1200Pro GPS參考站接收機相連，用于遙控操作，徠卡最新專業參考站型GPS具有IP端口，各接收機與數據中心之間的通訊采用ADSL寬帶（帶固定IP），在數據中心可快速進行系統狀態監控和數據采集等；一套系統控制和管理軟件包（徠卡Spider／SpiderNET）以及相應通信設備，將來根據需要可增配FTP服務器或Web數據發布服務器。另外，為了播發網絡RTK改正數據，可申請兩條電話線，將來可根據注冊用戶數量具體確定。數據中心的計算機采用服務器，安置在機柜中，性能穩定，能夠在高溫和長時間條件下連續無故障工作，完全滿足多個以上參考站的數據輸入／輸出，且有利于將來系統擴展。每個串口與參考站接收機連接，網卡與網絡連接，與其它計算機實現數據共享，并支持徠卡參考站網軟件進行數據發布以及通過Internet（NTRIP）發送RTK數據給流動站用戶。

4.4 通訊系統的建設

4.4.1 參考站與數據中心間的數據通訊

為12個GPS參考站和數據中心申請13條ADSL寬帶線路，并且有固定IP地址的Internet接入。另外，配備寬帶路由器，將來需要增加參考站時，只需為該站再申請一條ADSL線路即可。系統操作員只需輸入各參考站GPS接收機的IP地址，徠卡Spider軟件即可通過TCP／IP協議直接與每個參考站連接，這種數據連接速度高且穩定。徠卡Spider軟件可直接與參考站GPS接收機自動采集記錄的原始數據文件，如徠卡LB2原始數據文件、RINEX數據文件、GPS數據質量檢查報告和系統消息日志文件。系統操作員也可調閱各站的工作狀態，通過電話網授權的操作員能夠從數據中心遙控修改GPS設置和系統操作參數，可在各參考站或數據中心播發RTCM改正數。若采用TCP／IP（固定的IP地址）方式，流動站用戶還可采用GPRS無線上網技術（NTRIP）接收RTCM改正數，系統可一直保持數據中心與各參考站的連接，不必考慮電話費。

4.4.2 RTK數據播發的數據通訊

對于RTK數據播發，可同時采用兩種方法同時播發RTK改正數數據。第1種方法是采用高功率（35W）電臺，可根據需要在作業區較近的參考站上安置電臺（單站常規RTK方法）。第2種方法是在數據中心使用調制解調器，通過GSM撥號或者GPRS無線上網獲取的網絡RTK改正數據（網絡RTK定位方法）。通過GSM或者GPRS，只要作業區內有GSM或者GPRS信號，流動站用戶就可以進行定位。

4.4.3 在數據中心將數據發送到FTP或Web服務器

當徠卡Spider軟件從各站將GPS原始數據采集到數據中心，數據文件如徠卡LB2原始數據文件、RINEX數據文件、GPS數據質量檢查報告和系統消息日志文件可傳送到客戶的FTP或Web服務器上。用戶可通過Internet下載必要的數據。為了進行數據歸檔，客戶需要提供數據中心的Internet連接設備，徠卡Spider可自動將從GPS參考站下載的數據文件或其他數據檢查報告和事件記錄文件傳送到指定的FTP或Web地址。

5 參考站系統的組成及功能

該系統由GPS參考站子系統、通訊網絡子系統、數據控制中心子系統、用戶應用子系統等組成；

系統各部分的功能如下：

GPS參考站子系統：由12個參考站組成，主要功能是全天24小時不間斷地接收GPS衛星信號、采集原始數據；

通訊網絡子系統：由1條靜態IP和12條動態IP組成的VPN網絡以及GSM／GPRS無線通訊網組成，功能是實時傳輸各參考站GPS數據至數據中心和發送RTK改正數到流動站用戶；

數據控制中心子系統：由服務器和相應的軟件構成，功能是控制、監控、下載、處理、發布和管理各參考站GPS數據，計算網絡RTK改正數，生成各種格式的改正數據，并發給流動站用戶。

用戶應用子系統：由不同的流動站組成，功能是接收改正數，并解算出流動站的精確位置。

興安盟參考站系統建成后，將為全盟提供一個高精度三維動態測量基準，建立一個無控制點的電子測量控制網，為城市規劃及工程建設提供各種精度的實時常規和網絡RTK／DGPS或非實時的定位服務，也為市政管理、園林綠化、土地管理、基礎地理信息更新提供快速測量手段，同時也能為其他部門提供服務。

〔1〕李征航，黃勁松 .GPS測量與數據處理〔M〕.武漢：武漢大學出版社，2005.

〔2〕張印鐸 .基礎地理信息數據庫數據的質量控制〔J〕.地理空間信息，2007，5（5）.

〔3〕謝希仁 .計算機網絡〔M〕.北京：電子工業出版社，2008.

〔4〕王平 .虛擬參考站——GPS網絡RTK〔J〕.測繪通報，2001，（so）.

〔5〕寧津生，劉經南，陳俊勇，等 .現代大地測量理論與技術〔M〕.武漢：武漢大學出版社，2006.