贵州省GNSS,连续运行基准站网系统（GZCORS）关键技术和解决方案

摘 要：随着贵州省对“数字贵州”建设的不断重视，其技术的运用变得越来越先进，“数字贵州”不仅局限于网络上的信息交换，其最终目的是利用现有技术手段对我省社会资源、自然资源等信息进行有效管理与共享，提高政府运作效率，提高整个社会的运作效率。本文主要阐述了贵州省GNSS连续运行基准站网系统（GZCORS）关键技术和解决方案。

关键词：贵州省；连续运行基准站网系统；GZCORS；关键技术；解决方案

引 言

当前，数字省市建设的热潮正在我国悄然兴起。GZCORS卫星定位服务系统不仅可以帮助管理者以前瞻性的眼光进行区域和城市发展规划，提高区域和城市的综合管理水平，提高应对自然灾害等紧急情况的管理水平。而且非常符合中国正在进行的建设城市化的发展要求。连续运行卫星定位服务系统可以为建设、公共安全、规划各方面提供服务，是建设数字省市的基础。以下主要对贵州省GNSS连续运行基准站网系统（GZCORS）关键技术和解决方案进行阐述。

1 贵州省GNSS连续运行基准站网系统（GZCORS）概述

1.1 GZCORS简述

贵州省GNSS连续运行基准站网系统（Guizhou GNSS Continuously Operating Reference Station（or System）-GZCORS），是基于卫星定位系统，将卫星定位与导航技术、计算机科学、测绘学、气象学、地理信息系统与现代通讯技术等有机结合，在贵州全省范围内，按照一定间距建立若干个连续运行的永久性GNSS接收台站（也称为基准站），各个基准站通过通信网络实时将观测数据传送到数据中心服务器，中心服务器上运行国内外领先的、专业的GNSS基准站网数据处理软件，可以对各个基准站进行远程管理，完成数据采集、备份、处理及分析，最后通过Internet网、GSM/GPRS、CDMA等通讯方式向各行各业用户提供基础性、公益性定位与导航等基础地理空间信息服务。

1.2 GZCORS系统组成

贵州省全球导航卫星系统（GNSS）连续运行基准站综合服务系统的设计将按照严格的现代计算机网络的规范与标准。整个系统是以数据中心为中心节点的星型网络。数据中心建立在高速广域网（3M）上，网络采用UDP和TCP/IP协议；服务器操作系统拟采用Windows 2003 Professional，基准站根据具体条件采用基于ARM嵌入式Linux系统。系统由基准站网子系统、数据中心子系统、用户服务子系统、数据通讯子系统组成。如图1为一系统组成简图。

1.3 GZCORS的服务作用

“数字贵州”的建立离不开精确的空间地理位置信息，也就是我们常说的“坐标”。城市规划、土地管理、智能交通等都需要精确坐标才可以进行有效管理，地震、大坝监测、沉降监测同样需要高精度的位置信息才能够进行预测。即便是园林绿化，环境调查也要有位置信息才可以进行准确的规划管理。因此，能否及时准确地获得空间位置信息是一个城市能否有效提升管理水平的关键，而连续运行卫星定位服务系统正是提供空间位置信息的重要基础设施，不仅是静态的，而且是动态的、全天候的、实时的、高精度的。连续运行卫星定位服务系统是城市空间数据基础设施的重要组成部分。

GZCORS卫星定位服务系统是将高精度卫星定位接收机安置于稳固的混凝土或金属观测墩上，布设于城市或其他需要定位服务的区域周边，卫星定位接收机连续接收卫星发送的定位信号，再通过有线或无线数据传输方式将位置信息回传给连续运行卫星定位服务系统的数据中心，数据中心根据位置信息可以精确地分析计算地壳、地震、气象等环境变化的潜在风险，供决策部门做基准。

GZCORS卫星定位服务系统可以为城市综合管理提供必要的基础手段。通过建立完善的误差改正模型，连续运行卫星定位服务系统的基准站网可以为网络内所有需要定位服务的用户提供误差改正，大幅提高网络内用户的定位精度。使单机定位10m左右的精度提高到米级，甚至厘米级。卫星定位网络的定位服务会在社会生活的各个方面给我们带来前所未有的便利。如：交通控制、工程施工、道路建设、水利施工、管线测量、城市测图、地理信息的采集，电信管理、林业资源调查、矿产资源调查等都可以从GNSS网络得到改正信号从而提高效率和精度，为自然资源的动态管理与数据更新提供重要的位置基准量。

由此可见，GZCORS卫星定位服务系统不仅可以帮助管理者以前瞻性的眼光进行区域和城市发展规划，提高区域和城市的综合管理水平，提高应对自然灾害等紧急情况的管理水平。而且非常符合中国正在进行的建设城市化的发展要求。连续运行卫星定位服务系统可以为建设、公共安全、规划各方面提供服务，是建设数字省市的基础。

2 关键技术

2.1 高精度动态坐标框架的建立

通过将基准站网系统定期自动地与国家永久跟踪站及国际IGS（国际GNSS服务）跟踪站进行联合解算，确定基准站在全球框架中的位置变化。因此，我们建立全省区域的永久性动态框架基准，即地心基准框架（TRF），今后通过与IGS及国家跟踪站网的联测，建立一个局部的框架系统，一方面确定全省区域的整体地壳形变位移水平，作为全省区域建立独立坐框架的基础和各种工程建设、试验任务的控制基础。另一方面通过长期积累和分析，研究该地区的形变特征。

运用该方法，不但能够对地心坐标以及国际地球基准框架的相互关系进行确定，还能够对其他地区的类似坐标之间的转换关系进行确定，从而对不同系统之间的转换与兼容进行实现。

该技术已经在多个工程中得到反复验证，其中地心坐标分量可以达到优于1m的绝对精度，基线向量的坐标分量可以达到不低于5×10-8的相对精度。完全满足贵州省大地坐标框架的精度要求。

2.2 系统实时动态定位技术

以GNSS定位理论为依据，在该系统建设成功之后，用户只需要使用一台GNSS接收机，在有效的范围内的任何一个位置就可以对信号或者数据进行接受。通过对GZCORS系统基准站分布设计可以看出，大多数基准站的距离在40～80km之间，目前只有网络RTK技术可以满足在此距离上的精度和实时性要求。所以GZCORS系统中GNSS定位的关键技术是网络RTK技术。网络RTK技术目前是世界GNSS研究热点之一，需要比较成熟的解算软件。

2.3 系统完备性监测技术

系统完备性监测技术几项主要技术为：系统运行参数修改设置遥控技术、电离层突发变化监测与报警及预报技术、GNSS卫星信号故障监测与报警技术以及系统设备故障监测与故障排除遥控技术；

在目前的技术水平和设备条件下，虽然不能完全计算出各因素的影响并加以修正，但可以在形成系统差分信息时通过删除某个（或某几个）卫星的数据方式保证系统的精度和可靠性。并且在系统可用卫星少于规定的个数（如CDGPS的4个，RTK的6个）系统报警，提示管理人员注意。

在GZCORS中，系统的完备性检验主要依靠数据中心内的计算软件进行。

2.4 坐标转换技术

GZCORS系统将统一采用WGS-84坐标系。而贵州省各县市采用的平面坐标系统有相当部分为城市独立坐标系，因此存在两个问题：WGS-84坐标向城市独立坐标换算的坐标转换问题，城市独立坐标系之间的自动转换问题。

目前坐标转换的模型有多种模型，其中平面转换是较常用的模型之一。系统转换参数定义为GZCORS所使用的ITRF2000坐标与其城市独立坐标系的转换参数。

研究表明，同一点在ITRF2000框架下的高斯平面直角坐标和城市独立坐标系下的坐标在每一局部范围内，都相差一个常数，另外还有极微小的不同部分。而其极微小的不同部分，可以看成是这个局部区域内的两个平面坐标系统之间存在某种旋转和尺度伸缩产生的，因此可用平面相似变换公式来模拟该城市区域的ITRF2000框架平面坐标与城市独立坐标系的转换关系。

2.5 虚拟基准站技术

虚拟基准站技术就是利用各基准站的坐标和实时观测数据解算该区域实时误差模型，然后用一定的数学模型和流动站概略坐标，模拟出一个临近流动站的虚拟基准站的观测数据，建立观测方程，解算虚拟基准站到流动站间这一超短基线。一般虚拟基准站位置就是流动站登录时上传的概略坐标，这样由于单点定位的精度，使得虚拟基准站到流动站的距离一般为几米到几十米之间，如果将流动站发送给处理中心的观测值进行双差处理后建立虚拟基准站的话，这一基线长度甚至只有几米。

对于临近的点，可以只设一个虚拟基准站。开一次机，用户和数据中心通讯初始化一次，确定一个虚拟基准站。当移动站和虚拟基准站之间的距离超出一定范围时，数据中心重新确定虚拟基准站。如图2为虚拟基准站。

2.6 FKP技术

FKP（区域改正数法）指的是对GPS基准站观测数据以及基准站已知坐标等信息进行利用，将基准网范围之内与实践或者空间上相关的误差改正模型进行计算，接着可以对测量点的近似坐标内插出测量点的误差改正数进行另，接着将其延伸到观测数值中，以此将与空间以及时间有关的误差都进行消除，从而得到精度较高的定位结果。

3 主要技术解决方案

3.1 充分考虑与邻近已建或待建系统的兼容性

GZCORS在性能指标的设计中充分考虑与国内已建项目的经验，包括：

（1）在基准站选址上，在基准站数量、站间距的设计上。

（2）采用Ntrip协议，保证与其他系统数据交换时的兼容性。

（3）按照统一的标准设计GZCORS的各个子系统。

3.2 与气象、地震等行业部门合作，提供专业应用服务

GZCORS在设计和施工中，建议与贵州气象局等相关单位进行广泛的合作，为系统今后的推广使用，打下基础。

（1）选择气象台站作为基准站站址地点，可以充分开展GNSS气象学方面的数据服务和研究。

（2）利用GZCORS数据，可以为地震预报、减灾、防灾等提供重要的精确的、实时的定位服务。

3.3 全省坐标转换和框架基准的统一

GZCORS提供一个连续的、动态的、高精度的坐标基准框架，统一了贵州省的坐标基准，并提供城市独立坐标系的系统转换参数。对于气象、地震、交通、规划、国土、船舶等领域具有深远的意义。

4 结 语

综上所述，GZCORS系统对于数字化贵州的建设具有巨大的推动作用，并且采用了多种先进技术，包括系统实时动态定位技术、系统完备性监测技术、坐标转换技术、虚拟基准站技术以及FKP技术，并且为了提高其运用范围，加强技术研究，找出了有效的技术解决方案。

参考文献

[1]隆华平，胡友健，曾云.GPS连续运行参考站网络的解的精度及其稳定性研究[J].全球定位系统.2005年02期.45～46.

[2]蔡建德.数字城市空间数据基础设施的研究[J].北京测绘.2007年04期.78～79.

[3]武军郦.周建军.构建GNSS连续运行站网实现测绘基准现代化[J].测绘通报.2008年10期.23～24.

作者简介：刘蓉国（1970-），男，本科，高级工程师，主要从事测绘工作。

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