徐聲鑫

摘 要：GNSS連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)其主要以GNSS技術(shù)為核心構(gòu)建的永久性觀測(cè)系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)長(zhǎng)年累月的不間斷監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)提供區(qū)域地殼、電離層以及導(dǎo)航定位等多項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。此次以某地區(qū)連續(xù)運(yùn)行GNSS基準(zhǔn)站系統(tǒng)建設(shè)為例，對(duì)其布網(wǎng)設(shè)計(jì)、基準(zhǔn)站建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)通訊等內(nèi)容建設(shè)進(jìn)行分析。此外，基于該系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)該地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)、垂直變化以及重力變化的監(jiān)測(cè)，對(duì)于當(dāng)?shù)氐卣鸨O(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等具有重要意義。

關(guān)鍵詞：GNSS；地震監(jiān)測(cè)；基準(zhǔn)站

中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）23-0178-02

近些年，隨著人造衛(wèi)星技術(shù)以及電子科技技術(shù)的高速發(fā)展，基于空間大地測(cè)量技術(shù)逐漸為人們所接受并得到廣泛應(yīng)用。GNSS技術(shù)較好的測(cè)量精度、準(zhǔn)確的時(shí)間系統(tǒng)以及較低的建造成本使得其成為當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。而地震作為重大自然災(zāi)害之一，往往會(huì)給受災(zāi)區(qū)域帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡，因此對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)尤為重要。而基于GNSS技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)地震前兆信心的獲取，此外其豐富的功能擴(kuò)展接口，可以同時(shí)為地質(zhì)部門、氣象部門以及交通部門等提供服務(wù)。由此可見GNSS基準(zhǔn)站的建設(shè)為地區(qū)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。此次就某GNSS基準(zhǔn)站建設(shè)相關(guān)細(xì)節(jié)以及應(yīng)用進(jìn)行分析，希望可以為相關(guān)單位提供參考借鑒。

1 GNSS運(yùn)行系統(tǒng)建設(shè)

1.1 基準(zhǔn)站布局原則

GNSS基準(zhǔn)站的建設(shè)其核心為GNSS技術(shù)，而該基準(zhǔn)站同時(shí)還需要為當(dāng)?shù)靥峁└呔芩疁?zhǔn)、高精密重力以及高精度的當(dāng)?shù)氐貧とS運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)，覆蓋面較廣。因此依據(jù)需要該高精度GNSS基準(zhǔn)站，需要同時(shí)滿足以下幾個(gè)方面：首先，該站可以為當(dāng)?shù)靥峁└叻直媛实沫h(huán)境構(gòu)造時(shí)空參數(shù)信息，為當(dāng)?shù)貐^(qū)域網(wǎng)的構(gòu)建提供絕對(duì)精確坐標(biāo)，為當(dāng)?shù)氐卣鹬攸c(diǎn)預(yù)警區(qū)域提供高時(shí)空分辨率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；其次基于該地區(qū)GNSS系統(tǒng)可以與國(guó)家CORS以及周邊CORS網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，從而更好獲取該區(qū)域以及以及周邊區(qū)域的地殼變化特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)大面積地震預(yù)警做好準(zhǔn)備；最后基于基站建設(shè)應(yīng)當(dāng)可以提供，重力、精準(zhǔn)水準(zhǔn)測(cè)量值以及為當(dāng)?shù)厣鐣?huì)提供精確時(shí)間與導(dǎo)航等功能。

依據(jù)以上幾個(gè)要求點(diǎn)，故該基準(zhǔn)站的布局應(yīng)當(dāng)秉從以下幾個(gè)原則，即采取綜合優(yōu)化布局形式，采用總體均勻重點(diǎn)加密的布網(wǎng)形式，對(duì)于人群相對(duì)密集，區(qū)域地位價(jià)值相對(duì)較高地區(qū)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)布局，而對(duì)于地廣人稀區(qū)域則可以適當(dāng)進(jìn)行稀疏化布局管理；該系統(tǒng)的建設(shè)主要仍舊以監(jiān)測(cè)斷裂帶的運(yùn)動(dòng)為目的，因此在其次級(jí)活動(dòng)區(qū)域內(nèi)部均勻布點(diǎn)，在活動(dòng)相對(duì)活的斷裂帶兩側(cè)以及邊界上應(yīng)當(dāng)適當(dāng)進(jìn)行加密；此外該基準(zhǔn)站的建設(shè)應(yīng)當(dāng)符合當(dāng)前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并基于已有的GPS基站進(jìn)行搭配，避免重復(fù)構(gòu)建，盡可能節(jié)省投資成本。

1.2 基準(zhǔn)站建設(shè)要點(diǎn)分析

依據(jù)該地區(qū)實(shí)際需要，共假設(shè)了25個(gè)基準(zhǔn)站以及3個(gè)可移動(dòng)基準(zhǔn)站。通過野外勘測(cè)以及對(duì)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境與地理構(gòu)造特點(diǎn)的分析明確基準(zhǔn)站的架設(shè)位置。依據(jù)布網(wǎng)原則，部分基準(zhǔn)站其架設(shè)主要用于對(duì)潛在地震隱患的監(jiān)視，故其中一部分基準(zhǔn)站主要架設(shè)于地震斷裂與盆地邊界大斷裂帶邊界位置，并依據(jù)當(dāng)?shù)卦姓鹦问脚c特點(diǎn)通過平行與垂直斷裂的三角網(wǎng)布網(wǎng)手段構(gòu)建較為密集的臺(tái)陣，站與站之間的平均間距控制為80千米。此外，充分考慮到大地構(gòu)造的連續(xù)性特點(diǎn)，在山地以及鄂爾多斯應(yīng)力場(chǎng)也構(gòu)建了基準(zhǔn)站。此次可移動(dòng)建站的布局，可以很好滿足當(dāng)?shù)貙?duì)于危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)急地震觀測(cè)，基于快速移動(dòng)可以對(duì)基準(zhǔn)站布局相對(duì)稀疏區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)給，繼而提高基準(zhǔn)站的密度，大大提高基準(zhǔn)站的預(yù)測(cè)可靠性。

1.2.1 觀測(cè)室及其系統(tǒng)構(gòu)造

觀測(cè)室的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)依據(jù)“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”土建相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)當(dāng)安排專業(yè)監(jiān)理人員，確保工程的施工質(zhì)量以及工程建設(shè)周期。此次該基站觀測(cè)系統(tǒng)主要涵蓋：GNSS基準(zhǔn)站墩標(biāo)、水準(zhǔn)點(diǎn)位以及重力墩標(biāo)幾個(gè)部分，而其中GNSS基準(zhǔn)站墩標(biāo)又有基巖墩標(biāo)以及土層墩標(biāo)兩個(gè)部分。此次針對(duì)該GNSS基準(zhǔn)站墩標(biāo)主要采用基巖墩標(biāo)，而土層墩標(biāo)應(yīng)挖深深度超過20米；針對(duì)該系統(tǒng)天線的布控，此次則采用扼流圈天線技術(shù)，針對(duì)GNSS系統(tǒng)接收機(jī)的選擇，則主要采用Trimble NetR9多星多頻接收機(jī)；針對(duì)氣象三要素的布控，其主要用于對(duì)基準(zhǔn)站周邊以及內(nèi)部溫度、氣壓以及環(huán)境濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2.2 供電系統(tǒng)與防雷系統(tǒng)的架設(shè)

供電系統(tǒng)是確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。因此針對(duì)供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分設(shè)計(jì)考量，此次供電系統(tǒng)主要涵蓋觀測(cè)系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的供電、基于平衡式供電系統(tǒng)模式即常見的直流供電系統(tǒng)進(jìn)行供電，其主要由一臺(tái)自動(dòng)充供電系統(tǒng)以及兩組蓄電池系統(tǒng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)備份以及監(jiān)控系統(tǒng)的供電設(shè)備主要有市電供電及UPS不間斷供電系統(tǒng)進(jìn)行供電。

實(shí)際基準(zhǔn)站的架設(shè)位置往往在戶外，且架設(shè)地點(diǎn)環(huán)境復(fù)雜，必要的防雷措施可以使其免遭雷擊等可能。此次基準(zhǔn)站針對(duì)避雷系統(tǒng)建設(shè)主要包括，建筑物的避雷措施、供電系統(tǒng)的防雷措施以及傳輸線路和觀測(cè)設(shè)備的防雷幾個(gè)部分。針對(duì)建筑物的防雷措施，主要采用具有較好的接地性能的銅質(zhì)避雷針以及接地電網(wǎng)；而針對(duì)供電避雷系統(tǒng)則采用B+C級(jí)別的電源防雷設(shè)備；傳輸線路依據(jù)其特性，此次采用網(wǎng)絡(luò)防雷器規(guī)避潛在雷擊；而基于饋線避雷設(shè)備則此次主要用于對(duì)觀測(cè)設(shè)備的防雷方面。

1.2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份與監(jiān)控安裝

大量基站的建設(shè)，其主要目的是獲得當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)潛在地震數(shù)據(jù)信息以及其它相關(guān)信息。因此針對(duì)信息的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析尤為關(guān)鍵。此次GNSS基準(zhǔn)站的建設(shè)，針對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份主要采用NAS存儲(chǔ)介質(zhì)用于對(duì)基準(zhǔn)站所接收以及觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份存儲(chǔ)，當(dāng)通訊線路出現(xiàn)問題時(shí)，基于該存儲(chǔ)功能可以發(fā)揮巨大作用。監(jiān)控系統(tǒng)的架設(shè)可以幫助觀測(cè)室人員更好對(duì)基準(zhǔn)站現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行直觀了解，并對(duì)基準(zhǔn)站事故進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。因此針對(duì)每個(gè)基準(zhǔn)站架設(shè)必要的監(jiān)控設(shè)備，觀測(cè)其周邊安全情況并對(duì)站內(nèi)GNSS接收機(jī)的工作情況進(jìn)行及時(shí)了解與預(yù)警十分必要。

1.3 數(shù)據(jù)中心構(gòu)建

此次數(shù)據(jù)中心其在整個(gè)GNSS系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)重要職責(zé)，其主要用于為全網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、分析處理以及管理等方面提供服務(wù)?；谠摂?shù)據(jù)中心為整個(gè)區(qū)域連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行管控以及日常數(shù)據(jù)處理等提供服務(wù)。此外，該數(shù)據(jù)中心同時(shí)肩負(fù)數(shù)據(jù)資料共享、并對(duì)當(dāng)下各個(gè)基準(zhǔn)站監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控以及線上修復(fù)等功能。由此，該數(shù)據(jù)中心主要?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交流系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)、共享系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)該地區(qū)GNSS連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)、通信以及數(shù)據(jù)通信等方面的處理與管控等，從而確保該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)正常不間斷運(yùn)行。如圖1所示為該GNSS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

2 連續(xù)運(yùn)行GNSS基準(zhǔn)站系統(tǒng)運(yùn)用分析

與其它地區(qū)基準(zhǔn)站建設(shè)類似，該基準(zhǔn)站系統(tǒng)的建設(shè)在地震預(yù)測(cè)、區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)變化、地球物理正反演變、數(shù)字化城市構(gòu)建以及對(duì)流程、時(shí)間服務(wù)、定位導(dǎo)航等方面具有十分重要意義。該基準(zhǔn)站系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)累計(jì)積累了多年原始數(shù)據(jù)，通過GAMIT/CLOBK高精度專業(yè)解析，獲得了這些基準(zhǔn)站的精確三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)?；谠摳呔菺NSS系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)別的水平精度，厘米級(jí)別的垂直精度，完全可以滿足時(shí)下有關(guān)部門對(duì)于測(cè)繪精度的需求。

2.1 地震預(yù)報(bào)與大地水準(zhǔn)面精算

該GNSS系統(tǒng)可以全天候24小時(shí)不間斷運(yùn)行，進(jìn)而獲取該區(qū)域?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù)信息，并基于該數(shù)據(jù)信息構(gòu)建當(dāng)?shù)氐貧に竭\(yùn)動(dòng)以及應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)信息，結(jié)合構(gòu)造背景與斷裂活動(dòng)等數(shù)據(jù)信息繼而為當(dāng)?shù)氐卣鹪杏闆r以及地震發(fā)展情況進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

該GNSS系統(tǒng)在水平方向精度很高，已經(jīng)達(dá)到毫米級(jí)別，而在豎直方向上由于測(cè)量的是大地高度，因此與常規(guī)的水準(zhǔn)測(cè)量獲取的正常高存在一定的區(qū)別?；谟行Т胧┨岣逩PS垂直精度，一直以來使人們研究難點(diǎn)。而基于GNSS連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)將水準(zhǔn)點(diǎn)與重力點(diǎn)相結(jié)合，可以聯(lián)合進(jìn)行大地水準(zhǔn)面的精算分析，進(jìn)而有效提高該系統(tǒng)在垂直方向上的精度級(jí)別，為當(dāng)?shù)卮蟮販y(cè)量基準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)保障。

2.2 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與去與災(zāi)害研究

RTK技術(shù)又稱為虛擬參考站技術(shù)?；贕NSS系統(tǒng)可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)地區(qū)的全覆蓋，其測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)別，因此完全可以滿足諸如水暖管線測(cè)量、電力線路的測(cè)量等需要。此外，基于該系統(tǒng)也可以用于各種點(diǎn)位放樣監(jiān)測(cè)，常見比如應(yīng)用于公里軸線放羊、工程樁基的放樣等方面。此外，基于該系統(tǒng)的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，還可以進(jìn)行地形圖網(wǎng)的測(cè)繪等工作。對(duì)于該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害較多情況，尤其針對(duì)地震、泥石流滑坡以及地裂縫較多區(qū)域，自然災(zāi)害的發(fā)生勢(shì)必會(huì)給當(dāng)?shù)厝罕妿斫?jīng)濟(jì)損失與人員損傷，而基于該GNSS預(yù)警系統(tǒng)則可以對(duì)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警，繼而對(duì)地質(zhì)災(zāi)害演生規(guī)律進(jìn)行分析并切實(shí)找尋出地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的方式與預(yù)警，繼而避免地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失，規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害。

3 結(jié)語

針對(duì)地區(qū)投入建設(shè)GNSS連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)，可以很好服務(wù)當(dāng)?shù)厝罕?，為?dāng)?shù)胤罏?zāi)減震等提供預(yù)警服務(wù)，同時(shí)也為當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害、互動(dòng)斷裂分布以及當(dāng)?shù)氐貧み\(yùn)動(dòng)形式等提供重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)。目前，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，構(gòu)建數(shù)字化現(xiàn)代城市是未來發(fā)展趨勢(shì)?；谠揋NSS系統(tǒng)可以為當(dāng)?shù)財(cái)?shù)字化城市建設(shè)提供保障，憑借其高精度測(cè)繪技術(shù)可以為城鄉(xiāng)規(guī)劃、國(guó)土規(guī)劃以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展等提供重要保障。此外，基于該技術(shù)互聯(lián)與數(shù)據(jù)共享，其可以與國(guó)家數(shù)據(jù)庫以及國(guó)際數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享與分析，繼而為國(guó)家乃至全球地殼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等提供技術(shù)保障，未來隨著通信技術(shù)以及電子技術(shù)的不斷完善與提高，GNSS系統(tǒng)其靈敏度、精確度以及可應(yīng)用性等方面勢(shì)必將得到更大提高，進(jìn)而為人類提供更為可靠、精確的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]武軍酈，陳明.關(guān)于建立GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)相關(guān)規(guī)范的思考[J].測(cè)繪通報(bào)，2013，（5）：38-40.

[2]陳明，武軍酈.國(guó)家GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)[J].測(cè)繪通報(bào)，2016，（12）：7-9.

[3]陳明，武軍酈.我國(guó)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)現(xiàn)狀及分析[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2015，（3）：25-28.

[4]陳明，武軍酈.GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)匯集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].全球定位系統(tǒng)，2013，38（4）：49-52.

[5]施發(fā)奇，汪志民.GNSS基準(zhǔn)站基線時(shí)間序列反映紅河斷裂帶運(yùn)動(dòng)特征研究[J].地震研究，2012，35（4）：529-533.