聶光榮，孫偉，李江衛(wèi)，黃濤

(1.潛江市勘測設(shè)計研究院，湖北潛江 433100； 2.武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北武漢 430022)

武漢城市圈連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)潛江基準站建設(shè)

聶光榮1?，孫偉2，李江衛(wèi)2，黃濤1

(1.潛江市勘測設(shè)計研究院，湖北潛江 433100； 2.武漢市勘測設(shè)計研究院，湖北武漢 430022)

本文詳細介紹了武漢城市圈連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)潛江基準站建設(shè)過程及建設(shè)完成后的各項測試方法和結(jié)果，對建站技術(shù)特點和創(chuàng)新進行了概括，最后簡略闡述了系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀。

GNSS；CORS；武漢城市圈；基準站

1 前 言

隨著國家中部崛起戰(zhàn)略的實施，武漢城市圈重要戰(zhàn)略支點的作用日益彰顯。潛江境內(nèi)有全國十大油田之一的江漢油田，同時也是江漢平原的交通樞紐，近年來城市建設(shè)快速發(fā)展。國家試點項目“數(shù)字潛江”的建設(shè)完成和城市圈5個“一體化”建設(shè)的提出，對空間地理信息的覆蓋范圍、時效性、準確性、科學性等提出了更高要求，無論是潛江地方經(jīng)濟建設(shè)還是城市圈兩型社會發(fā)展，都迫切需要一種嶄新的技術(shù)手段提供測繪基準保障。為此，潛江市勘測設(shè)計研究院與武漢市勘測設(shè)計研究院合作啟動了武漢城市圈連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)潛江基準站建設(shè)項目。

潛江基準站作為武漢城市圈CORS的組成部分，是潛江城市地理基礎(chǔ)框架建設(shè)的一項重要工作內(nèi)容，是數(shù)字潛江公共信息平臺必備的空間基礎(chǔ)設(shè)施，可滿足潛江市城市規(guī)劃、國土管理、城鄉(xiāng)建設(shè)、災害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、資源調(diào)查、精細農(nóng)業(yè)、交通管理等多種現(xiàn)代化、信息化管理的需求。潛江基準站建設(shè)于2009年5月啟動，2009年8月建成試運行，2009年9月完成各項精度指標和性能測試，2009年10月通過潛江市科技局組織的成果鑒定會并正式投入使用。

2 潛江基準站建設(shè)

2.1 潛江基準站建設(shè)概述

武漢城市圈CORS潛江基準站建設(shè)項目于2009年5月經(jīng)潛江市規(guī)劃局同意，報潛江市委、潛江市政府審批通過正式立項。項目組前期進行了大量的調(diào)研工作，根據(jù)調(diào)研情況進行了基準站選址、控制點踏勘、硬件選型等準備工作，在此基礎(chǔ)上完成了技術(shù)設(shè)計并通過專家審查。2009年6月～8月，陸續(xù)完成基準站土建、防雷工程、網(wǎng)絡布線、數(shù)據(jù)分中心的硬軟件設(shè)備安裝調(diào)試以及系統(tǒng)集成工作，基準站距離仙桃基準站為53 km，完全覆蓋潛江市2 004 km2范圍。圖1為潛江基準站建成后的武漢城市圈CORS基準站分布圖。

圖1 武漢城市圈連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)基準站分布圖

2.2 站址測試

基準站建設(shè)提出了一套全面的基準站選址數(shù)據(jù)處理分析方法和流程，方法從基準站觀測數(shù)據(jù)完好性、多路徑效應、信噪比、偽距定位結(jié)果等方面對擬建潛江基準站站址環(huán)境進行了全面分析和綜合評估。以信噪比分析為例，基準站建站一般要求SNR平均值在15以下，通過數(shù)據(jù)分析，潛江基準站擬建站址噪聲環(huán)境滿足建站的需要，如圖2所示。

2.3 網(wǎng)絡建設(shè)

潛江基準站作為武漢城市圈CORS子系統(tǒng)，共享系統(tǒng)發(fā)播差分數(shù)據(jù)的GPRS APN網(wǎng)絡。基準站有線通訊采用2.0 M長途數(shù)字電路(SDH)專線，其中武漢端已預留了接入端口。測試結(jié)果顯示，網(wǎng)絡延時小于300 ms，鏈路安全、穩(wěn)定、可靠，滿足設(shè)計要求。圖3為潛江基準站建成后的武漢城市圈CORS網(wǎng)絡拓撲圖。

圖2 潛江基準站觀測數(shù)據(jù)L1、L2信噪比變化圖

圖3 武漢城市圈CORS網(wǎng)絡拓撲圖

2.4 坐標聯(lián)測

建立與國家基準銜接一致的潛江市高精度GPS控制網(wǎng)，為全市域范圍提供精確的坐標基準，是潛江基準站建設(shè)的重要目標。坐標聯(lián)測主要包括以下三個方面的工作:

(1)聯(lián)測IGS跟蹤站，確定潛江基準站地心坐標。引入北京、上海、武漢等IGS站及武漢城市圈CORS原有8個基準站、潛江基準站的同期觀測數(shù)據(jù)，采用高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件計算，得到潛江基準站精確的三維地心坐標，點位精度±0.28 cm，其中:X方向±0.11 cm，Y方向±0.22 cm，Z方向±0.14 cm。

(2)建立基于 ITRF97(歷元2000.0)的高精度GPS控制網(wǎng)。建站初期，踏勘并選定了19個高等級控制點構(gòu)建潛江市高精度GPS控制網(wǎng)，其中潛江基準站1點、國家B級GPS點1點、城市高等級三角點9點、國家二等水準點5點、漢江水利樞紐控制點1點、新建C級GPS點2點。

2009年7月8日～11日，潛江市勘測設(shè)計研究院組織人員對控制網(wǎng)進行了聯(lián)測，以網(wǎng)連式圖形擴展方式進行。同步觀測采用8臺Trimble雙頻接收機，其中R8 GNSS型4臺、5700型1臺、5800型1臺、R6型2臺；采樣率設(shè)置為10 s，截止高度角10°；觀測時段數(shù)2個，同步環(huán)觀測時段180 min。

基線解算和平差分別采用TGO1.62和CosaGPS V4.0。三維無約束平差結(jié)果:最弱點點位中誤差±2.36 cm，平均點位中誤差±1.10 cm，最弱邊邊長相對中誤差 0.96 ppm，表明控制網(wǎng)測量精度高，無粗差。三維約束平差結(jié)果:最弱點點位中誤差±3.05 cm，平均點位中誤差±1.40 cm，最弱邊邊長相對中誤差1.25 ppm，表明控制網(wǎng)在地心坐標系下的平差精度高。二維約束平差結(jié)果:最弱點點位中誤差±1.61 cm，平均點位中誤差±0.95 cm，最弱邊邊長相對中誤差 3.41 ppm，可見控制網(wǎng)在地方坐標系下的二維平差精度高，控制點兼容性好，有利于轉(zhuǎn)換參數(shù)求取。

(3)為提高坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)精度，滿足實時定位高程精度的設(shè)計要求，按三等精度施測水準線路74.8 km，填補了潛江市域西部高等級高程控制的空缺，使高程控制均勻分布于GPS控制網(wǎng)中。

2.5 系統(tǒng)測試

為驗證建站各項技術(shù)指標，評定其是否達到設(shè)計要求，2009年9月武漢市勘測設(shè)計研究院組織技術(shù)人員對網(wǎng)絡RTK實時定位精度、空間可用性、時間可用性等方面進行了測試。由于數(shù)據(jù)處理中心原有核心軟件、數(shù)據(jù)發(fā)播方式?jīng)]有改變，系統(tǒng)完好性、兼容性等方面理應與原有測試結(jié)果完全一致，詳見參考文獻[3]。測試結(jié)果如下:

(1)網(wǎng)絡RTK實時定位精度測試

測試選取了均勻分布在整個潛江市域的25個已知控制點進行實時定位精度測試，包括城市三角點、D級GPS點，同時考慮了觀測環(huán)境等因素，有意選擇了靠近水面或附近有高壓電線的點。觀測采用Trimble 5700、Trimble R6儀器各一臺，采樣率設(shè)置為1 s，設(shè)站采用腳架固定方式，每一個點進行2次初始化測量，連續(xù)記錄60個歷元取平均值。

按網(wǎng)絡RTK實時定位精度測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法[3]，實時定位內(nèi)符合精度為:X方向±0.58 cm，Y方向±1.06 cm，H方向±1.42 cm，統(tǒng)計見表1；實時定位外符合性統(tǒng)計選取了較為常用的D級GPS點，其精度為:X方向±1.28 cm、Y方向±1.46 cm，H方向±6.20 cm。測試結(jié)果優(yōu)于設(shè)計要求。

網(wǎng)絡RTK實時定位內(nèi)符合精度統(tǒng)計表 表1

(2)空間可用性測試

測試采用與實時定位精度測試相同的儀器設(shè)備和采樣率，在作業(yè)車輛上進行連續(xù)定位，采集固定解數(shù)據(jù)來記錄車輛的運行軌跡。軌跡顯示，西北方向最遠測點處于潛江、沙洋兩地交界處，距潛江基準站 29 km；西南方測試最遠點位于監(jiān)利、潛江兩地交界處的張金鎮(zhèn)，距潛江基準站36 km。

結(jié)果表明，系統(tǒng)服務已覆蓋整個潛江市域，并可滿足網(wǎng)外30余千米范圍內(nèi)高精度、實時的定位需要。

(3)時間可用性

系統(tǒng)集成后，核心軟件顯示潛江基準站24小時內(nèi)有效衛(wèi)星數(shù)最少為5顆，全天可用性超過97%。圖4反映了2009年9月18日基準站全天跟蹤衛(wèi)星數(shù)、解算衛(wèi)星數(shù)和可用衛(wèi)星數(shù)的變化情況。

圖4 潛江基準站24小時衛(wèi)星數(shù)變化情況

3 建設(shè)特點及創(chuàng)新

(1)通過與IGS跟蹤站、武漢城市圈CORS其他基準站的聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，建立了覆蓋潛江市域的、與國家2000大地坐標系(CGCS2000)相一致的高精度三維地心基準，為構(gòu)建武漢城市圈統(tǒng)一的地理空間參考框架奠定了堅實基礎(chǔ)。

(2)潛江基準站建設(shè)充分利用已建成的武漢城市圈CORS軟硬件資源，集成了長途數(shù)字電路(SDH)和GPRS APN服務專網(wǎng)等通信網(wǎng)絡。這種依托已有資源的“拓展型CORS建設(shè)模式”，組織形式靈活、可靠性更高、成本更低，對城市CORS建設(shè)有積極的參考和推廣應用價值。

(3)在潛江基準站選址工作中，提出并運用一套較為完整的CORS基準站選址數(shù)據(jù)處理分析方法和流程。方法從觀測數(shù)據(jù)完好性、多路徑效應、信噪比、偽距定位結(jié)果等多個方面對站址環(huán)境進行綜合評估。

(4)由于不同區(qū)域平面坐標系統(tǒng)的兼容性不一致，為進一步提高用戶地方坐標系定位成果的精度，綜合利用用戶區(qū)域的幾何拓撲關(guān)系和射線法原理，研發(fā)了武漢城市圈VRS CORS分區(qū)域服務和管理軟件，實現(xiàn)了潛江以及其他地域用戶的分區(qū)域服務和管理。

4 應用現(xiàn)狀

目前，武漢城市圈CORS擁有長期注冊用戶87個，分屬勘查、航道、水務、市政、電力、防洪、管線、國土、房產(chǎn)等多個行業(yè)。系統(tǒng)的使用，有效縮短了工作時間，傳統(tǒng)模式下的控制測量“找點”往往花費大量人力和時間，在CORS模式下則實現(xiàn)了高精度、實時、動態(tài)的空間定位，數(shù)十倍提高了工作效率。

潛江基準站正式運行后，在潛江市勘測設(shè)計研究院所承接的新城區(qū)道路放樣、漢宜高速鐵路潛江火車站配套工程、南水北調(diào)丹江口移民工程等市重點建設(shè)項目中，得到了充分應用。在短短幾個月內(nèi)，項目成果在潛江市城市基礎(chǔ)測繪、城鄉(xiāng)規(guī)劃、市政工程建設(shè)等方面的約40項測繪工程中應用，取得了良好的經(jīng)濟社會效益。

5 結(jié) 論

武漢城市圈CORS潛江基準站建設(shè)完成，實現(xiàn)了潛江市域厘米級實時定位全覆蓋，建立了全市域、與國家基準相一致的高精度地理空間參考框架，為潛江地區(qū)精化似大地水準面提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為國家2000大地坐標系在潛江市的應用奠定了基礎(chǔ)。

隨著系統(tǒng)在潛江市的不斷推廣和應用，將進一步增強潛江市以及武漢城市圈的測繪服務保障能力，推動城市信息化發(fā)展和數(shù)字化進程，系統(tǒng)服務對象將從城市規(guī)劃、建設(shè)逐步拓展到社會經(jīng)濟生活的各個領(lǐng)域，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會提供高效的服務。

[1]CH/T 2008－2005.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范[S].

[2]肖建華.為城市發(fā)展構(gòu)筑動態(tài)空間基準框架[J].城市勘測，2005(6)

[3]李江衛(wèi)，肖建華，高光星等.武漢市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(WHCORS)測試與分析[J].城市勘測，2007(1)

Construction of Wuhan Metropolitan Continuous Operational Satellite Positioning and Serving System Qianjiang Station

Nie GuangRong1，Sun Wei2，Li JiangWei2，Huang Tao1
(1.Qianjiang Geotechnical Engineering And Surveying Institute，Qianjiang 433100，China；2.Wuhan Geotechnical Engineering And Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

The paper introduces construction process of Wuhan metropolitan continuous operational satellite positioning and serving system Qianjiang station in detail and depicts testing methods，results after construction finishing.Then technical and innovative construction points are recapitulated.At last，we concisely summarize current status quo of system applications.

GNSS；CORS；Wuhan metropolitan；station

1672－8262(2010)04－83－03

P228

A

2009—12—25

聶光榮(1962—)，男，工程師，現(xiàn)主要從事測繪生產(chǎn)管理和新技術(shù)研究應用工作。