虛擬參考站系統(tǒng)建設(shè)及蘇州似大地水準面的應(yīng)用

◎ 蘇州市規(guī)劃編制信息中心 李 宏

1、引言

信息化是蘇州面向21世紀發(fā)展的新主題和新動力，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，蘇州的城市面貌日新月異，城市信息化、數(shù)字化建設(shè)已成迫切。蘇州市委、市政府根據(jù)全球信息化發(fā)展的趨勢和特點，適時地提出了建設(shè)“數(shù)字蘇州”的戰(zhàn)略措施，建設(shè)基于全市服務(wù)的基礎(chǔ)地理信息平臺，實現(xiàn)蘇州市政府部門間基于信息同步的信息交換和共享，進一步為政務(wù)工程的協(xié)同督辦和綜合決策提供支持服務(wù)。而基于傳統(tǒng)測量方式的地理空間信息的獲取和管理方法越來越不能滿足城市建設(shè)的需要，于是蘇州市連續(xù)運行參考站系統(tǒng)應(yīng)運而生。它是一項重要的城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，可滿足不同行業(yè)用戶的需求，具有降低成本、縮短作業(yè)時間、提高測量效率和定位精度等優(yōu)勢。它將在“數(shù)字蘇州”的建設(shè)和蘇州市的城市規(guī)劃、建設(shè)、管理中發(fā)揮巨大的作用。

2、虛擬參考站

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（Continuously Operating Reference Stations，CORS）是在一定的區(qū)域內(nèi)以一定的間隔建設(shè)若干永久性連續(xù)運行的GNSS衛(wèi)星定位跟蹤站。通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)或無線電廣播網(wǎng)、蜂窩數(shù)據(jù)非分組交換網(wǎng)（CDPD）等，向各類需要測量定位、導航、定時或其他延伸性研究開發(fā)需求的用戶提供跟蹤站站點坐標和衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)，以滿足各類不同行業(yè)、不同用戶對精密定位、快速和實時定位、導航、授時、守時、時間同步的要求，諸如城市規(guī)劃、土地管理、房產(chǎn)調(diào)查 、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、交通控制、精密農(nóng)業(yè)、以及電力和通信網(wǎng)時間同步等多種社會需求，提供及時的空間定位基準。

Trimble虛擬參考站（VRS）系統(tǒng)，是當前世界上應(yīng)用最廣、最成熟的GPS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。VRS技術(shù)是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有GPS基準站的數(shù)據(jù)，生成整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的動態(tài)模型，為整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供差分數(shù)據(jù)，同時，對于網(wǎng)絡(luò)覆蓋外的一定區(qū)域，也能提供同樣精度的差分改更信息。VRS可以滿足用戶以最少的投資建設(shè)覆蓋最大范圍應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的需求，但為了保證達到最好的使用效果，用戶應(yīng)在覆蓋范圍內(nèi)建立一定數(shù)目的基準站。

VRS系統(tǒng)由連續(xù)運行參考站網(wǎng)、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)以及用戶應(yīng)用系統(tǒng)四個部分組成，各基準站與監(jiān)控中心間通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形成專用網(wǎng)絡(luò)。

連續(xù)運行參考站網(wǎng)：由連續(xù)運行GPS參考站和相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成，負責采集GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并輸送至監(jiān)控中心。

系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)中心：系統(tǒng)的控制中心，用于接收各參考站數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，形成GPS參考站網(wǎng)絡(luò)模型，并記錄各參考站的原始數(shù)據(jù)，響應(yīng)用戶的需求，通過因特網(wǎng)、無線電臺、GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、GPRS或CDMA等方式向用戶發(fā)布實時差分數(shù)據(jù)或為用戶提供后處理數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)：分為兩種，一種是連接各參考站和控制中心，將參考站數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控中心；另一種用來連接用戶應(yīng)用系統(tǒng)和監(jiān)控中心，為用戶提供實時、事后服務(wù)。

用戶應(yīng)用系統(tǒng)：用戶使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行應(yīng)用的相應(yīng)軟件和硬件，如RTK定位系統(tǒng)、DGPS定位系統(tǒng)、定位數(shù)據(jù)事后處理系統(tǒng)，及自主式導航系統(tǒng)和監(jiān)控定位系統(tǒng)等。

3、蘇州VRS系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)

蘇州VRS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系是覆蓋蘇州全市，以數(shù)據(jù)中心為中心節(jié)點的星型網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)流分為內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)流兩類，內(nèi)部數(shù)據(jù)流是指在系統(tǒng)內(nèi)部交換的流量數(shù)據(jù)，不對外公開；外部數(shù)據(jù)流是蘇州VRS系統(tǒng)與用戶間進行交換的流量數(shù)據(jù)，這兩類數(shù)據(jù)通過各子系統(tǒng)進行處理變換。系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的流動和控制全部自動完成，無須人員干預(yù)，當數(shù)據(jù)流發(fā)生阻塞時，系統(tǒng)嘗試失敗后會提示報警，以使操作員排除故障，恢復(fù)運行。

蘇州市規(guī)劃局的VRS系統(tǒng)在全蘇州地區(qū)建立了七個連續(xù)參考站，并建設(shè)了兩個互為備份的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心通過MSTP光纖與各參考站連成網(wǎng)絡(luò)。

VRS（虛擬參考站系統(tǒng)）的工作流程如下：

◇ 各GPS基準站的實時觀測數(shù)據(jù)實時的傳遞到控制中心運行GPSNet軟件的服務(wù)器；

◇ 控制中心服務(wù)器定時下載精密預(yù)報星歷；

◇ GPSNet軟件監(jiān)測各基準站的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)和精密預(yù)報星歷對比，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，剔除較差的數(shù)據(jù)，篩選用戶自定義數(shù)據(jù)信息（高度角等），進行周跳修復(fù)等數(shù)據(jù)處理；

◇ 處理后的數(shù)據(jù)進入同步處理模塊，所有數(shù)據(jù)進入相應(yīng)數(shù)學模型，根據(jù)所有數(shù)據(jù)生成星歷改正、電離層模型、對流層模型等，等待移動站請求信息；

◇ 移動站請求實時差分改正，將單點定位信息發(fā)送到控制中心GPSNet服務(wù)器；

◇ GPSNet服務(wù)器在每一個移動站發(fā)回的位置生成一個虛擬參考站，并發(fā)送實時差分信息。

系統(tǒng)運行界面如下圖所示：

4、蘇州似大地水準面精化

蘇州市虛擬參考站網(wǎng)的建設(shè)成功，提供了直接測定地面點大地高的精密技術(shù), 目前精度可達厘米級, 若已知厘米級精度大地水準面, 由一點的大地高與大地水準面高之差可得該點的正高, 目前可以代替國家四等水準或三等水準測量, 這一GPS水準測高技術(shù)的進一步發(fā)展將要求不斷提高大地水準面的分辨率和精度, 使其能和GPS垂直定位及等級水準測量精度相匹配。

蘇州市規(guī)劃局和武漢大學合作，在蘇州似大地水準面計算中，采用了1048個點重力數(shù)據(jù)和蘇州的51個高精度GPS水準資料和蘇州及其周邊的9個江蘇省C級網(wǎng)GPS水準成果，并以地球重力場模型EIG03C作為參考重力場，由第二類Helmert凝集法完成了大地水準面的計算。重力似大地水準面與獨立的51個高精度GPS水準資料比較的精度為±0.015m，利用球冠諧調(diào)和分析方法將重力似大地水準面與GPS水準聯(lián)合求解得出的2′30″×2′30″格網(wǎng)似大地水準面其精度達到±0.006m。

5、結(jié)論

蘇州高精度局部似大地水準面及高精度GPS虛擬參考站網(wǎng)成果，不僅可以建立與國家大地測量坐標相一致的精確的區(qū)域大地測量平面控制框架，而且結(jié)合高精度GPS虛擬參考站網(wǎng)大地高可以快速地獲取地面點的水準高程，將極大地改善傳統(tǒng)高程測量作業(yè)模式，滿足長距離二等水準測量的精度要求，從而使費用高、難度大、周期長的傳統(tǒng)低等級水準測量工作量減少到最低限度。似大地水準面成果結(jié)合GPS測量可以滿足目前1∶10000、1∶5000、1∶2000、1∶1000和1∶500大比例尺測圖對高程精度的需要，為加快“數(shù)字蘇州”和各種基礎(chǔ)測繪、國土資源、水利、交通、生態(tài)環(huán)境保護等工程的建設(shè)，具有特別重要的科學意義、社會效益和巨大的經(jīng)濟效益。