武軍酈，陳 明

(1.國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京100048;2.國(guó)家測(cè)繪地理信息局導(dǎo)航與位置服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100048)

一、引 言

隨著空間技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)相關(guān)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為導(dǎo)航、定位領(lǐng)域的主要手段，而且占據(jù)了廣闊的市場(chǎng)。而網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，又為GNSS技術(shù)的應(yīng)用拓展了一個(gè)高精度、高效率、高可靠性的應(yīng)用空間。在GNSS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上，我國(guó)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)已全面展開(kāi)。北京、香港、上海、深圳、天津、武漢、昆明、成都等地已建立了城市的服務(wù)系統(tǒng)，廣東、江蘇、浙江、河北、山西、江西、福建、安徽、山東、湖南、廣西、內(nèi)蒙古、河南、湖北、貴州、吉林等省份已建成或正在建設(shè)覆蓋全省的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)，部分省市基準(zhǔn)站網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)社會(huì)提供服務(wù)。此外，國(guó)家發(fā)改委也組織實(shí)施了面向全國(guó)的基準(zhǔn)站網(wǎng)項(xiàng)目，其中“中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目已建設(shè)完成，“國(guó)家現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)體系基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”也已正式啟動(dòng)，目前正在建設(shè)當(dāng)中。

二、相關(guān)規(guī)范現(xiàn)狀

連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)可以維持相應(yīng)區(qū)域的高精度、三維、地心、動(dòng)態(tài)坐標(biāo)框架，提供集約化的定位和導(dǎo)航服務(wù)，可廣泛服務(wù)于國(guó)家大地基準(zhǔn)、氣象、地球動(dòng)力學(xué)、地學(xué)災(zāi)害監(jiān)測(cè)，以及位置服務(wù)等領(lǐng)域。但由于地區(qū)和行業(yè)差異，各部門在建設(shè)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)時(shí)技術(shù)要求不盡相同，相互之間也不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有些地區(qū)存在重復(fù)建設(shè)、資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。因此需要制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范，明確規(guī)定基準(zhǔn)站選址、基建、設(shè)備配置、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)等諸多環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，并在數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、信號(hào)編碼和傳輸格式等大的方面提出統(tǒng)一格式，使基準(zhǔn)站網(wǎng)的建設(shè)、管理和運(yùn)行規(guī)范化、制度化，改變過(guò)去多樣化、無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，使各系統(tǒng)在全國(guó)范圍整體應(yīng)用上充分發(fā)揮其作用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、信息共享［1］，并為大地測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、國(guó)家框架基準(zhǔn)的維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)家測(cè)繪地理信息局于2005年頒布了測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》(CH/T 2008—2005)，并在此基礎(chǔ)上，編制了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 28588—2012)，對(duì)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的建設(shè)和技術(shù)提出了明確的要求，并已通過(guò)國(guó)標(biāo)委審查，將于近期正式頒布實(shí)施。

三、站網(wǎng)分類

依據(jù)建設(shè)管理形式、任務(wù)要求和應(yīng)用范圍，連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)可分為國(guó)家連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)、區(qū)域連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)、專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)［2］。

國(guó)家基準(zhǔn)站網(wǎng)是國(guó)家地理空間信息的重要基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)覆蓋我國(guó)領(lǐng)土及領(lǐng)海，其布設(shè)密度視板塊構(gòu)造、地質(zhì)穩(wěn)定等情況，在全國(guó)范圍內(nèi)均勻分布、站間距100～200 km，用于開(kāi)展全國(guó)范圍內(nèi)高精度定位、導(dǎo)航、衛(wèi)星定軌，以及工程建設(shè)和科學(xué)研究等，可滿足國(guó)家地心坐標(biāo)參考框架建設(shè)的需要，并兼顧社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、自然條件和定位服務(wù)需求等因素。

區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)是省、市、自治區(qū)等區(qū)域地理空間信息的重要基礎(chǔ)設(shè)施，用于維持和更新區(qū)域地心坐標(biāo)參考框架，開(kāi)展區(qū)域內(nèi)位置服務(wù)和相關(guān)信息服務(wù)。區(qū)域地心坐標(biāo)參考框架應(yīng)與國(guó)家地心坐標(biāo)參考框架保持一致。區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)的基準(zhǔn)站布設(shè)密度按實(shí)時(shí)定位服務(wù)精度的不同選擇站間距離，利用現(xiàn)代RTK技術(shù)，基準(zhǔn)站間距離可達(dá)到70 km，由于我國(guó)南方地區(qū)電離層活動(dòng)比較頻繁，因此在基準(zhǔn)站間距離上應(yīng)減小。

專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)是由測(cè)繪、地震、氣象、交通、海洋、農(nóng)業(yè)、水利等部門或機(jī)構(gòu)根據(jù)專業(yè)需求建立的基準(zhǔn)站網(wǎng)，用于開(kāi)展專業(yè)信息服務(wù)，滿足行業(yè)和部門工程應(yīng)用與科學(xué)研究的要求。專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)的基準(zhǔn)站布設(shè)密度應(yīng)根據(jù)專業(yè)服務(wù)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)需要滿足位置服務(wù)要求時(shí)，站間距離可參照區(qū)域級(jí)基準(zhǔn)站網(wǎng)執(zhí)行。

國(guó)家基準(zhǔn)站網(wǎng)可作為區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)、專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用的參考基準(zhǔn)，區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)的基準(zhǔn)站和專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)的基準(zhǔn)站通過(guò)申請(qǐng)并由授權(quán)機(jī)構(gòu)認(rèn)證后可成為國(guó)家基準(zhǔn)站網(wǎng)的基準(zhǔn)站。

四、規(guī)范技術(shù)問(wèn)題探討

1.GNSS名稱使用

在我國(guó)最早最廣泛使用的民用衛(wèi)星定位系統(tǒng)一般指GPS，采用GPS技術(shù)建設(shè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站也最為普遍，但是考慮到GPS一詞僅僅代表由美國(guó)建立的全球定位系統(tǒng)，而建設(shè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)采用的接收機(jī)將不限于接收GPS信號(hào)。連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站采用的衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)是廣泛的、公益的，一般應(yīng)可連續(xù)采集包括GPS、GLONASS和Galileo等多種信號(hào)數(shù)據(jù)(在將來(lái)亦可接收我國(guó)北斗二代衛(wèi)星信號(hào)數(shù)據(jù))，并通過(guò)傳輸信道實(shí)時(shí)或定時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，全面形成對(duì)多種衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、完備性監(jiān)測(cè)、可靠性分析及衛(wèi)星定軌等多功能的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，使用GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站一詞更準(zhǔn)確。

2.周邊條件評(píng)估

連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站為永久性基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)周邊條件要求比較嚴(yán)格，與干擾地帶要保持一定距離。其中，對(duì)于大型建筑物和水面等地區(qū)，由于衛(wèi)星信號(hào)多路徑反射的影響，使得進(jìn)入天線的信號(hào)多重疊加，導(dǎo)致跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)失真，造成基準(zhǔn)站測(cè)量誤差;對(duì)于無(wú)線發(fā)射臺(tái)等地區(qū)，在大功率的無(wú)線電設(shè)備附近，會(huì)出現(xiàn)寬頻帶、高場(chǎng)強(qiáng)的電磁泄露區(qū)，造成衛(wèi)星定位接收機(jī)不能正常工作。由于以上兩方面因素的影響，因此要求基準(zhǔn)站地點(diǎn)距離這些干擾地帶至少保證200 m的有效距離。

在對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行量化評(píng)估時(shí)，一般采用TEQC軟件進(jìn)行質(zhì)量檢核，主要指標(biāo)有數(shù)據(jù)可用率、MP1、MP2和CSR等。其中，數(shù)據(jù)可用率為有效歷元數(shù)據(jù)占總觀測(cè)歷元的比率，可以反映出基準(zhǔn)站附近的遮擋、多路徑等綜合影響，當(dāng)數(shù)據(jù)可用率低于85%時(shí)，基準(zhǔn)站需要變更站址;TEQC中反映L1和L2波段多路徑效應(yīng)的是MP1和MP2數(shù)值，其計(jì)算如式(1)所示。通常，TEQC的結(jié)果文件輸出的是觀測(cè)時(shí)段 MP1、MP2的均方差(RMS)值，同時(shí)結(jié)合CSR，能較好地反映出基準(zhǔn)站附近的觀測(cè)環(huán)境和觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

周跳是指在GPS接收機(jī)載波跟蹤中由于臨時(shí)失鎖，導(dǎo)致載波相位觀測(cè)中整周計(jì)數(shù)出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象。TEQC中采用電離層殘差方法進(jìn)行周跳的探測(cè)與評(píng)定，處理結(jié)果文件中以o/slips值來(lái)表示觀測(cè)值和周跳比，但是實(shí)際中，o/slips通常以另外一種形式(CSR)來(lái)表現(xiàn)，如式(2)。CSR不僅反映了觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量中的周跳信息，同時(shí)也反映了該接收機(jī)周跳修復(fù)能力。

3.觀測(cè)墩設(shè)計(jì)及尺寸要求

連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站連續(xù)觀測(cè)，為坐標(biāo)框架維持和更新提供長(zhǎng)期、穩(wěn)定、有效的觀測(cè)數(shù)據(jù)，連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)是保持坐標(biāo)框架動(dòng)態(tài)性的唯一途徑。為確保基準(zhǔn)站真實(shí)反映所在點(diǎn)位的變化，應(yīng)排除地殼運(yùn)動(dòng)對(duì)基準(zhǔn)站觀測(cè)墩影響以外的位移，這就對(duì)承載觀測(cè)儀器的觀測(cè)墩提出了較高的要求。

為避免凍土對(duì)觀測(cè)墩產(chǎn)生影響，要求觀測(cè)墩重心應(yīng)位于最大凍土深度線以下至少0.5 m。南方區(qū)域一般無(wú)凍土，或凍土線較淺，在1 m之內(nèi);北方和高原高寒地區(qū)凍土線一般在1～4 m范圍。同時(shí)為滿足觀測(cè)墩的穩(wěn)定性要求，將觀測(cè)墩設(shè)計(jì)為地面以下部分直徑或邊長(zhǎng)較長(zhǎng)，并將地面以下部分分為基座和底座兩部分。此外為避免振動(dòng)帶來(lái)的影響，觀測(cè)墩與地面接合四周應(yīng)做寬度不少于5 cm且與觀測(cè)室地基同深的隔振槽，內(nèi)填粗沙。通過(guò)計(jì)算，觀測(cè)墩地下部分尺寸規(guī)格按照表1建設(shè)，可保持觀測(cè)墩穩(wěn)定。

表1 觀測(cè)墩地下部分尺寸規(guī)格表

此外，為避免全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)天線因接近地表而造成的多路徑影響，天線墩高度應(yīng)高于地面3 m，一般不超過(guò)5 m。如有觀測(cè)室，觀測(cè)墩應(yīng)高于女兒墻，觀測(cè)墩頂端須高出觀測(cè)室屋頂面0.8 m以上，屋頂觀測(cè)墩高度應(yīng)高于屋頂面1.0 m。

4.變化更新周期

當(dāng)全球坐標(biāo)框架發(fā)生變化、更新時(shí)，或由于地殼運(yùn)動(dòng)、地面沉降等自然或人為因素造成基準(zhǔn)站顯著位移時(shí)，國(guó)家坐標(biāo)框架應(yīng)適時(shí)更新，更新基準(zhǔn)站坐標(biāo)值及速度場(chǎng)，與國(guó)際IGS跟蹤站進(jìn)行聯(lián)合解算，建立與國(guó)際坐標(biāo)框架之間的聯(lián)系。

區(qū)域坐標(biāo)框架應(yīng)根據(jù)國(guó)家坐標(biāo)框架變化及時(shí)更新。區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)內(nèi)個(gè)別基準(zhǔn)站發(fā)生顯著位移(平面位置變化超過(guò)2 cm或高程變化超過(guò)3 cm)時(shí)，應(yīng)及時(shí)更新基準(zhǔn)站坐標(biāo)。當(dāng)基準(zhǔn)站累計(jì)更新數(shù)量達(dá)到30%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全網(wǎng)更新。下面根據(jù)國(guó)內(nèi)基準(zhǔn)站網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以江蘇省基準(zhǔn)站網(wǎng)為例說(shuō)明上述指標(biāo)要求。

網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)定位精度設(shè)計(jì)指標(biāo)一般定為：平面3 cm，高程5 cm。為了實(shí)時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)參考基準(zhǔn)的現(xiàn)勢(shì)性，必須要進(jìn)行基準(zhǔn)站坐標(biāo)的更新，且更新的閾值應(yīng)該小于網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)定位的精度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值定為平面2 cm，高程3 cm。由江蘇省對(duì)70個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)5年來(lái)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，江蘇地區(qū)基準(zhǔn)站每年的沉降量超過(guò)1 cm的站點(diǎn)有10個(gè)(具體統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2)，最嚴(yán)重的地區(qū)可達(dá)每年7 cm。為了保持基準(zhǔn)站坐標(biāo)的現(xiàn)勢(shì)性，必須要及時(shí)更新基準(zhǔn)站坐標(biāo)。且當(dāng)基準(zhǔn)站坐標(biāo)的變化量較大時(shí)，跟周邊基準(zhǔn)站無(wú)法兼容，進(jìn)而無(wú)法完成相應(yīng)的基線解算，不能正常對(duì)外提供差分定位服務(wù)。

5.網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)

基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)主要包括網(wǎng)絡(luò)帶寬指標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)延遲指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)帶寬主要是指基準(zhǔn)站端接入到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo);網(wǎng)絡(luò)延遲是指提供實(shí)時(shí)服務(wù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)延遲的時(shí)間。假設(shè)基準(zhǔn)站觀測(cè)采樣率為1 Hz，觀測(cè)數(shù)據(jù)包括各個(gè)衛(wèi)星的載波相位、偽距、多普勒等觀測(cè)值和衛(wèi)星號(hào)、信噪比、時(shí)間、導(dǎo)航電文等歷元信息，采用多模接收機(jī)，并兼顧ADSL、GPRS、SDH等通信電路，計(jì)算得到基準(zhǔn)站接入帶寬應(yīng)至少為64 kbit/s。據(jù)了解，目前主流基準(zhǔn)站網(wǎng)接入帶寬為2 Mbit/s，早期建設(shè)的基準(zhǔn)站網(wǎng)也在512 kbit/s以上，能夠滿足其應(yīng)用及服務(wù)要求。

表2 江蘇基準(zhǔn)站網(wǎng)站點(diǎn)沉降速率大于10mm/a的站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表 mm/a

網(wǎng)絡(luò)延遲指標(biāo)一般取為不大于1 s。由于目前主流的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)軟件要求基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)延遲不大于1 s，數(shù)據(jù)中心軟件模型解算是每秒解算一次，同時(shí)流動(dòng)站RTK采樣歷元間隔一般也是1 s，所以延遲時(shí)間應(yīng)小于1 s。如果基準(zhǔn)站延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則該基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)將不參與整網(wǎng)解算，會(huì)影響差分信息的質(zhì)量。而網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)中流動(dòng)站用戶定位頻率通常為1 Hz，如果流動(dòng)站用戶數(shù)據(jù)延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)直接影響流動(dòng)站差分改正信息的接收。故要求所有基準(zhǔn)站及流動(dòng)站相對(duì)于數(shù)據(jù)中心的延遲小于1 s。

五、結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)已在全國(guó)鋪開(kāi)，而相關(guān)技術(shù)規(guī)范也已相繼制定和實(shí)施。本文分析了國(guó)內(nèi)基準(zhǔn)站網(wǎng)的現(xiàn)狀，在對(duì)基準(zhǔn)站網(wǎng)分類的基礎(chǔ)上，就基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)和服務(wù)的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討，并結(jié)合實(shí)例對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的確定提供了依據(jù)，可有效地促進(jìn)基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)和服務(wù)的規(guī)范化、制度化。

［1］陳俊勇，張鵬.在中國(guó)構(gòu)建全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)及其服務(wù)系統(tǒng).［J］.測(cè)繪科學(xué)，2009，34(3)：5-6.

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