黃琨

（欽州市測(cè)繪院廣西欽州535000）

CORS系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用分析

黃琨

（欽州市測(cè)繪院廣西欽州535000）

主要介紹了CORS的理論基礎(chǔ)、基本概念以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了相關(guān)應(yīng)用，為我國(guó)各地的CORS建設(shè)提供了理論參考和借鑒。

CORS；測(cè)繪；GPS

1　引言

CORS是集衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種尖端技術(shù)于一體的空間信息服務(wù)系統(tǒng)，是全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）的技術(shù)革新，是實(shí)時(shí)、高效、高精度地獲取空間數(shù)據(jù)信息的重要手段。CORS的出現(xiàn)，給全球衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)時(shí)定位技術(shù)帶來了巨大的進(jìn)步，大大提高了測(cè)量的工作效率和定位精度，為地球空間數(shù)據(jù)的獲取工作提供統(tǒng)一基準(zhǔn)，隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，CORS正逐步替代了傳統(tǒng)的測(cè)量方法，廣泛應(yīng)用于交通、運(yùn)輸、測(cè)繪、通信、軍事、石油勘探、資源調(diào)查、農(nóng)林漁業(yè)、時(shí)間比對(duì)、大氣研究、氣象預(yù)報(bào)、地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。

2　CORS的發(fā)展歷程

加拿大在20世紀(jì)80年代首次提出“主動(dòng)控制系統(tǒng)”，建成了世界首個(gè)基站網(wǎng)，是現(xiàn)代CORS的概念模型。早期的CORS的應(yīng)用受到當(dāng)時(shí)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)解算技術(shù)的條件限制，還不能夠提供實(shí)時(shí)定位服務(wù)，主要應(yīng)用于地球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、大地控制網(wǎng)測(cè)量等領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)的CORS系統(tǒng)局限性表現(xiàn)在：基準(zhǔn)站數(shù)量少、覆蓋范圍小、系統(tǒng)功能單一；參考站硬件設(shè)備落后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力差；參考站之間沒有有機(jī)聯(lián)系，只是理論意義上的網(wǎng)絡(luò)，觀測(cè)數(shù)據(jù)之間沒有有效的聯(lián)系；應(yīng)用范圍很小。

20世紀(jì)90年代，全球衛(wèi)星定位技術(shù)飛速發(fā)展，差分技術(shù)DGPS/DGNSS出現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，常規(guī)RTK測(cè)量技術(shù)被普遍使用于測(cè)繪工作中，大大提高了工作效率。同時(shí)一些地方建立了部分使用無線廣播作為通訊手段，向用戶發(fā)布差分?jǐn)?shù)據(jù)的固定基站，這就是當(dāng)初的單參考站系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁㏑TD、RTK差分服務(wù)，但是其屬于單基站，沒有聯(lián)合數(shù)據(jù)，同時(shí)受無線電傳播信號(hào)距離影響，及改正精度受距離限制，服務(wù)范圍有限，但已經(jīng)大大提高了服務(wù)區(qū)域內(nèi)的測(cè)繪等工作效率。單參考站系統(tǒng)模式是現(xiàn)代CORS的雛形。其特點(diǎn)是能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時(shí)數(shù)據(jù)差分服務(wù)，但是通信屬于單向傳輸，服務(wù)范圍較?。换鶞?zhǔn)站相對(duì)獨(dú)立，沒有其他基站進(jìn)行數(shù)據(jù)平差；比傳統(tǒng)的測(cè)繪方法精度高，效率大大提高，在服務(wù)區(qū)域內(nèi)引用領(lǐng)域有所擴(kuò)展。

進(jìn)入21世紀(jì)至今，CORS的發(fā)展如火如荼，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)、衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)處理技術(shù)等高新技術(shù)突破性的發(fā)展對(duì)CORS技術(shù)的改進(jìn)起到了至關(guān)緊要的作用，目前CORS系統(tǒng)得到不斷的發(fā)展與壯大，前景良好。參考站之間由通信網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合成網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交換與共享。完成了由單基站CORS向網(wǎng)絡(luò)CORS的轉(zhuǎn)變。世界上很多發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)、澳大利亞、日本、加拿大等）紛紛建成了國(guó)家級(jí)、地域級(jí)、城市級(jí)的CORS服務(wù)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)，深圳市于1999年建成CZCORS，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)完成CORS系統(tǒng)建設(shè)的省市。之后，國(guó)內(nèi)多個(gè)省、市開始進(jìn)行CORS建設(shè)的可行性研究，CORS建設(shè)在全國(guó)蔓延，逐漸形成了市、省、全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)格局。CORS服務(wù)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于多種領(lǐng)域，滿足不同領(lǐng)域的不同精度需求的時(shí)空定位需求，逐漸發(fā)展演變成為現(xiàn)代CORS。

3　CORS系統(tǒng)的組成

CORS系統(tǒng)通常布置成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一般由5個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：連續(xù)運(yùn)行參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心、用戶服務(wù)中心和用戶應(yīng)用子系統(tǒng)。參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，由按一定密度分布在某區(qū)域的多個(gè)連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站組成，通過對(duì)GNSS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)及附屬氣象等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，通過各種網(wǎng)絡(luò)傳輸途徑，提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砥脚_(tái)。系統(tǒng)中心是整個(gè)CORS系統(tǒng)的核心部分，由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、通信設(shè)備、數(shù)據(jù)處理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等構(gòu)成，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的處理、管理、傳輸以及對(duì)用戶進(jìn)行管理等，能夠監(jiān)控、控制、下載、處理、發(fā)布和管理各參考站數(shù)據(jù)，并且通過網(wǎng)絡(luò)RTK等技術(shù)形成差分?jǐn)?shù)據(jù)，生成各種格式的實(shí)時(shí)產(chǎn)品。用戶服務(wù)中心系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)站服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等組成，為CORS數(shù)據(jù)的發(fā)布及傳輸提供服務(wù)，用戶在系統(tǒng)內(nèi)注冊(cè)后，用戶服務(wù)中心將各種產(chǎn)品或數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給用戶，用戶藉此完成事后靜態(tài)數(shù)據(jù)定位服務(wù)（通過網(wǎng)站以http、ftP等方式向用戶提供數(shù)據(jù)交換和在線計(jì)算）或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)定位服務(wù)（依靠GSM、GPRS、CDMA等無線通信）。用戶應(yīng)用子系統(tǒng)由通訊終端、GNSS接收機(jī)和計(jì)算軟硬件等組成，接受用戶服務(wù)中心發(fā)布的數(shù)據(jù)或產(chǎn)品，并進(jìn)行計(jì)算處理。此外，GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)也可認(rèn)為是CORS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成部分。連續(xù)運(yùn)行參考站子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)匯總到數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心，通過用戶服務(wù)中心將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶使用。

4　CORS系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1CORS系統(tǒng)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用

礦山CORS測(cè)量系統(tǒng)是利用先進(jìn)的GPS技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)來完成對(duì)礦山的測(cè)量，開創(chuàng)了礦山測(cè)量的新局面。系統(tǒng)完成后要能夠自動(dòng)完成對(duì)礦山的監(jiān)測(cè)和計(jì)算能力，同時(shí)還要具備良好的定位和導(dǎo)航功能，系統(tǒng)建設(shè)的具體要求如下：

（1）參考站在無人看守的情況下，全年正常運(yùn)行概率要能夠超過95%。

（2）接收機(jī)具備足夠大的存儲(chǔ)空間，保證能夠存儲(chǔ)系統(tǒng)7天內(nèi)采集到的礦山數(shù)據(jù)。

（3）各參考站要設(shè)置備用電源，一旦電源發(fā)生斷電要能夠及時(shí)起到相應(yīng)的備用電源，并且保證其儲(chǔ)電量能夠供參考站至少12h的使用。

由于無人看守，系統(tǒng)要具備自我檢測(cè)和修復(fù)能力以及遠(yuǎn)程報(bào)警功能。

操作人員能夠通過對(duì)數(shù)據(jù)中心完成對(duì)參考站中各項(xiàng)信息的設(shè)定、控制和檢測(cè)能力。

CORS系統(tǒng)建設(shè)完成后要能夠完成對(duì)一定范圍內(nèi)的導(dǎo)航定位，即用戶通過接收機(jī)能夠獲取厘米級(jí)精度的測(cè)量值；能夠完成對(duì)目標(biāo)工程的測(cè)量以及地圖的測(cè)繪等；CORS系統(tǒng)還要能夠通過網(wǎng)絡(luò)或者其它方式向信號(hào)覆蓋區(qū)域中的用戶提供實(shí)時(shí)定位服務(wù)。為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到外界天氣因素的影響，選擇穩(wěn)定性能較好，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的設(shè)備。為了擴(kuò)大系統(tǒng)的覆蓋范圍，系統(tǒng)要預(yù)留一定的擴(kuò)展功能，以便后續(xù)參考站數(shù)量的增加。系統(tǒng)還應(yīng)該具備跟附近其他地區(qū)CORS系統(tǒng)連接的功能，便于省市信息的共享和系統(tǒng)的升級(jí)服務(wù)。

4.2CORS在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

GPS應(yīng)用于地震研究主要有兩種方式：①利用長(zhǎng)距離、大范圍和長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)中長(zhǎng)期的地震預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)；②利用高頻的GPS數(shù)據(jù)，采用非差或雙差的數(shù)據(jù)處理方法，反演地震的位移場(chǎng)時(shí)空演化過程、震中位置和傳播速度等。

在地球動(dòng)力學(xué)和地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究領(lǐng)域中，處理GPS數(shù)據(jù)時(shí)，為了得到最高的精度以及最好的穩(wěn)定性，通用的做法是采用精度比較高的周解（7d解），其點(diǎn)位精度水平分量可達(dá)到2mm以內(nèi)，垂直分量可達(dá)到5mm以內(nèi)。隨著接收機(jī)不斷改進(jìn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的明顯提高，區(qū)域GPS臺(tái)站密度逐漸增加等因素，3d解和7d解所得的結(jié)果很接近，7d解所得到的臺(tái)站的趨勢(shì)變化，能在3d解中很好地反映出來，3d解以上的結(jié)果在點(diǎn)位精度、最終的時(shí)序變化等指標(biāo)上，都能達(dá)到地震短臨預(yù)測(cè)要求。

利用高頻GPS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)地震的反演分析，采用非差或雙差定位，采用的數(shù)據(jù)處理軟件有BERNESE軟件、GAMIT軟件的動(dòng)態(tài)定位模塊TRACK、Geodetics公司研制的商業(yè)軟件RTD、國(guó)內(nèi)有武漢大學(xué)的PANDA軟件、TRIP軟件等。基于高頻GPS觀測(cè)結(jié)果的動(dòng)態(tài)解，能夠獲取地震所造成的同震位移場(chǎng)時(shí)空演化過程，根據(jù)GPS參考站的位置及相應(yīng)的地震波達(dá)到時(shí)間，可反演得到S波波速及震中位置；可分析強(qiáng)震時(shí)復(fù)雜的地表運(yùn)動(dòng)時(shí)序，獲得地表同震位移，在此基礎(chǔ)上，利用S波變換對(duì)高頻GPS地震波進(jìn)行震相識(shí)別，有效拾取P波初至，反演P波傳播速度。

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P228.4

A

1673-0038（2015）16-0173-02

2015-3-25