姚曉偉 房新玉

0 引言

天津市濱海新區(qū)位于天津市的東部臨海地區(qū),由天津港、開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)及塘沽、漢沽、大港三個行政區(qū)組成,面積2 270 km2、人口107萬人。自1984年改革開放以來,這里發(fā)生了巨大的變化,經濟快速增長,外資大量進入,成為中國北方發(fā)展最快的地區(qū)之一。隨著天津市濱海新區(qū)的發(fā)展,濱海新區(qū)的建設也在如火如荼地進行,正在規(guī)劃和已經開工的建設項目有:中心漁港、天津港東疆港區(qū)、臨港工業(yè)區(qū)、臨港產業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)等,這就需要大量的基礎測繪數據的支持,而常規(guī)的測量手段無論從工作效率還是數據質量上已經不能滿足工程建設的需要,因此,必須在新技術、新手段應用方面進行創(chuàng)新,其中建立覆蓋濱海新區(qū)的CORS系統就是一個重要舉措。

1 建設濱海CORS系統的重要性和必要性

天津濱海新區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位系統(Tianjin Binhai Continuous Operational Reference Real-time System,以下簡稱 TJBHCORS)通過在天津濱海新區(qū)范圍內建立永久性參考站,集成衛(wèi)星導航定位技術、測繪學、地理信息系統、計算機與現代網絡通訊技術,在天津濱海新區(qū)建立一個高精度、高效率、高覆蓋率的全球導航衛(wèi)星三維實時發(fā)布系統,系統是數字化港口的基礎設施之一。

建設TJBHCORS的必要性和意義主要體現在以下幾個方面:

1)TJBHCORS建設內容包括高精度的三維控制網和區(qū)域似大地水準面精化建立,這是一種現代化測繪基準建設,必將帶來巨大的行業(yè)影響和社會效益。TJBHCORS還可以對外開放使用,收取一定的費用,收費標準可以根據投入和實際情況制定。天津濱海新區(qū)平面控制基準不統一,覆蓋范圍不足,使用困難,控制點損壞嚴重,可利用率不斷下降,影響使用。且由于行業(yè)壟斷,造成基準資料獲取困難,影響工作開展。隨著水運工程建設的各項工作對精度和效率要求越來越高,TJBHCORS的建設也是勢在必行。

2)TJBHCORS的建立,將對海上工程作業(yè)模式和水平的提高起到不可估量的作用。為海上工程測量、海籍測繪、水深測量、大地測量等專業(yè)開展提供新的技術支持。

3)TJBHCORS的建立,可以對工程建設進行實時、有效、長期的變形監(jiān)測,對工程變形進行快速預報,滿足工程監(jiān)測檢測專業(yè)需要。

4)TJBHCORS項目建設,將為我院地理信息專業(yè)開展提供一個很好的基礎保障,通過為天津市濱海新區(qū)諸多領域如氣象、車船導航定位、物體跟綜、公安消防等GIS應用提供精度達厘米級的動態(tài)實時GPS定位服務,增加我院參加天津濱海新區(qū)基礎地理信息的建設硬件籌碼。

5)TJBHCORS的建立,可以有效的修訂濱海新區(qū)各區(qū)域坐標系轉化及大地水準面精化參數,有效地解決過去遺留的坐標系殘差問題。

6)可以為濱海新區(qū)建設貢獻力量,站在濱海服務的前列,統領濱海新區(qū)測繪服務、信息化建設、規(guī)劃科研、應急服務等。

2 濱海CORS系統的主要內容

1)參考站網系統建設。參考站網系統由GNSS接收機、GNSS天線、UPS電源、網絡設備、機柜、觀測墩、觀測室和避雷系統等組成的觀測系統,它長期連續(xù)跟蹤觀測GNSS衛(wèi)星信號,通過數據通訊網絡實時將觀測數據傳輸到控制中心。主要負責GNSS衛(wèi)星定位數據的跟蹤、采集、記錄、傳輸等工作。同時數據處理和控制中心可以對參考站進行監(jiān)測和控制。計劃在漢沽、大港各布一個站,在塘沽布設兩個站共4個參考站的建站方案,這樣的系統網圖構成一個菱形,每兩個站的站間距約30 km。同時在漢沽,塘沽,大港參照站附近建設驗潮站,并將各港口驗潮站的潮位數據和GNSS數據一起傳輸至數據處理和控制中心。

2)數據通訊網絡建設。通訊系統分兩部分:參考站和數據處理與控制中心的通訊、數據處理與控制中心和用戶終端的通訊。

參考站和數據處理與控制中心的通訊主要是將GNSS參考站的觀測數據,驗潮站潮位數據通過通訊網絡傳輸到控制中心,同時控制中心監(jiān)測參考站的狀態(tài)和完好性,實現數據實時監(jiān)控處理,它面向系統;而數據處理與控制中心與用戶終端的通訊主要是GNSS差分信息,潮位數據實時廣播及GNSS數據,潮位數據internet網絡發(fā)布,它面向用戶。

3)數據處理與控制中心建設。作為整個服務系統的核心,數據處理與控制中心子系統要求具備以下功能:數據處理、系統運行監(jiān)控、信息服務、網絡管理、用戶管理。

數據處理功能為負責對各參考站及采集并傳輸過來的數據的質量分析和評價,形成統一格式的差分改正數據。系統運行監(jiān)控功能為對參考站運行中的設備安全、正常性進行監(jiān)控管理,可遠程監(jiān)控參考站GNSS定位設備的工作參數、檢測工作狀態(tài)、發(fā)出必要的指令、改變各參考站運行狀態(tài)。信息服務功能為對各類用戶提供導航定位數據服務,實時潮位發(fā)布,地理信息中有關坐標系、高程系(似大地水準面精化工作完成后)的轉換服務。網絡管理功能為整個控制中心系統設計由局域網(LAN)、廣域網(WAN)和因特網(INTERNET)連接形成,作為控制中心。用戶管理功能為控制中心對所服務的各類用戶進行管理,包括:a.用戶收費管理。b.用戶登記,注冊,撤消,查詢,權限管理。

4)用戶應用系統建設。GNSS連續(xù)運行參考站中,用戶按照應用的精度不同,可以分為厘米級用戶、分米級用戶、亞米級用戶、米級用戶等。按照用戶的應用不同,可以分為測繪與工程用戶(厘米、分米級),車輛導航定位用戶(米級),高精度用戶(事后處理)等幾類。各類用戶分別使用不同差分信息。

5)網絡差分系統性能測試。系統測試包括功能性測試和指標測試兩部分。

功能性測試目的主要是測試濱海新區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站三維實時發(fā)布系統是否具備設計的功能,包括:a.連續(xù)、自動運行能力的測試,包括參考站無人值守條件下的連續(xù)運行能力;控制中心的連續(xù)運行能力等;b.自動數據服務能力的測試,包括無人干預情況下,是否能夠自動向用戶提供數據服務等。

指標測試的目的是評價濱海新區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站三維實時發(fā)布系統定位精度、覆蓋范圍等是否達到設計指標,關于精度測試,主要是針對高精度的定位進行測試。指標測試是濱海新區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站三維實時發(fā)布系統的關鍵測試內容,主要包括可用性測試、精度測試兩大部分。

6)TJBHCORS系統在工程測量中的示范應用。系統前期計劃在建好大港、塘沽、漢沽四站的基礎上開展工程測量,地形測量等示范應用,以檢驗系統運行的穩(wěn)定性和功能的完善性。

3 結語

隨著GPS技術的飛速進步和應用普及,它在城市測量、工程測量中的作用已越來越重要,而CORS系統不僅是一個動態(tài)的、連續(xù)的定位框架基準,同時也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的重要的城市基礎設施,CORS可在城市區(qū)域內向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息,并實現城市測繪數據的完整統一,這將對現代城市基礎地理信息系統的采集與應用體系產生深遠的影響。因此,在天津濱海新區(qū)建設CORS系統是必要的,本文通過介紹濱海新區(qū)CORS系統的組成,將會對濱海新區(qū)CORS系統的建設起到一定的指導作用。

[1] 周樂韜.連續(xù)運行參考站網絡實時動態(tài)定位理論[D].成都:西南交通大學博士學位論文,2007.

[3] 陳俊勇.建設我國現代大地測量基準的思考[J].武漢大學學報(信息科學版),2003,28(5):1-6.

[4] 黃丁發(fā),丁建偉,夏 捷.差分GPS連續(xù)運行參考站(網)建設研究[J].西南交通大學學報,2000,35(4):375-378.

[5] 陳俊勇.面向數字中國建設中國的現代大地測量基準[J].地理空間信息,2005,3(5):1-3.