CORS單基站設(shè)計(jì)方案

/前言隨著國(guó)家信息化程度的提高及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字城市、數(shù)字省區(qū)和數(shù)字地球的工程化和現(xiàn)實(shí)化，須要采集多種實(shí)時(shí)地理空間數(shù)據(jù)，因此，中國(guó)發(fā)展CORS系統(tǒng)的緊迫性和必要性越來越突出。幾年來，國(guó)內(nèi)不同行業(yè)已經(jīng)接連建立了一些專業(yè)性的衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，目前，為滿意國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)信息化的須要，一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正在籌劃建立類似的連續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一個(gè)新的建網(wǎng)高潮正在到來。當(dāng)前國(guó)內(nèi)不同行業(yè)建設(shè)的網(wǎng)站系統(tǒng)基本上還是獨(dú)立運(yùn)行的，很多單位的數(shù)據(jù)只在本單位甚至是本部門內(nèi)共享和利用。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的連續(xù)運(yùn)行參考站的建站方案動(dòng)則百萬甚至上千萬的資金投入相對(duì)于這些小規(guī)模的應(yīng)用對(duì)連續(xù)運(yùn)行參考站的需求而言就顯得投入和產(chǎn)出太過于失衡，導(dǎo)致很多行業(yè)和單位只能對(duì)連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)望而怯步。針對(duì)這種狀況，我們提出了“服務(wù)現(xiàn)在、面對(duì)將來的可拓展的SOUTH-CORSGPS獨(dú)立連續(xù)運(yùn)行參考站解決方案”。本方案立足于當(dāng)前的詳細(xì)實(shí)際應(yīng)用，單參考站在滿意現(xiàn)勢(shì)應(yīng)用的前提下可拓展成為將來的多基站應(yīng)用。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、系統(tǒng)概述本方案設(shè)計(jì)是依據(jù)獨(dú)立運(yùn)行參考站的特點(diǎn)而特地設(shè)計(jì)的，方案設(shè)計(jì)遵循如下的原則。先進(jìn)性——在保證系統(tǒng)牢靠性和穩(wěn)定性的前提下，采納當(dāng)前世界上先進(jìn)的GPS技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)技術(shù)，以保證系統(tǒng)的性能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不落后，并隨著技術(shù)的不斷發(fā)展得到相應(yīng)的更新。牢靠性——系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了更有效的提高RTK在區(qū)域內(nèi)作業(yè)的效率，更合理的應(yīng)用和利用RTK。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以牢靠性為前提，否則，不但不能起到應(yīng)當(dāng)起到的作用，有可能還帶來反面的影響。可拓展性——系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上考慮到產(chǎn)品的可擴(kuò)展性，獨(dú)立的連續(xù)運(yùn)行參考站只須要通過軟件升級(jí)就能接入多基站的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)。系統(tǒng)可以進(jìn)行整體升級(jí)，因此系統(tǒng)在升級(jí)時(shí)對(duì)終端用戶來說是透亮的。高性價(jià)比——為了極大的降低客戶的運(yùn)行成本，在同樣的價(jià)格下，盡量讓客戶享受做好的服務(wù)和高性能的系統(tǒng)。易用性——在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，盡量運(yùn)用戶操作界面友好、簡(jiǎn)潔、易用，充分體現(xiàn)人性化。2、方案目標(biāo)和內(nèi)容連續(xù)運(yùn)行單參考站系統(tǒng)為一個(gè)獨(dú)立的連續(xù)運(yùn)行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求的用戶自動(dòng)地供應(yīng)經(jīng)過檢驗(yàn)的不同類型的GPS觀測(cè)值(載波相位，偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關(guān)GPS服務(wù)項(xiàng)目的系統(tǒng)。連續(xù)運(yùn)行單參考站系統(tǒng)方案目標(biāo)為：建立和維護(hù)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的GPS基準(zhǔn)站支持，為該系統(tǒng)供應(yīng)一套完整的GPS工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其詳細(xì)項(xiàng)目為：（1）建設(shè)一個(gè)永久連續(xù)觀測(cè)的GPS定位基準(zhǔn)站觀測(cè)墩。（2）建立若干個(gè)可供應(yīng)基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（3）建立基準(zhǔn)站和系統(tǒng)管理中心的內(nèi)部局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸（4）為用戶供應(yīng)靜態(tài)、RTK測(cè)量的數(shù)據(jù)信息。3、系統(tǒng)性能指標(biāo)本系統(tǒng)工程完畢后，要求達(dá)到下表內(nèi)列舉的各項(xiàng)性能指標(biāo)：項(xiàng)目?jī)?nèi)容技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)精度實(shí)施方式水平精度高程精度RTK實(shí)時(shí)定位20KM以內(nèi)10mm+1ppm20mm+1ppm20KM－40KM20mm+1ppm40mm+1ppm40KM－50KM50mm+1ppm80mm+1ppm50KM－100KM亞米級(jí)亞米級(jí)靜態(tài)事后差分定位≤5mm≤10mm變形觀測(cè)3－5mm6－10mm導(dǎo)航≤5M≤10服務(wù)領(lǐng)域?qū)Ш焦?yīng)高精度導(dǎo)航定位的信息測(cè)量供應(yīng)靜態(tài)、后差分、RTK的數(shù)據(jù)服務(wù)兼容性導(dǎo)航RTCM-SC104V2.X差分RTCMv2.X格式4、系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)原理連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)是建立在GPS硬件的等技術(shù)平臺(tái)之上。它將尖端科技領(lǐng)域的衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，為用戶供應(yīng)了全新、透亮、可視、實(shí)時(shí)、的測(cè)量服務(wù)。依據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本系統(tǒng)的GPS硬件由如下幾個(gè)單元組成：GPS基站、電源系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)，如下圖所示整個(gè)系統(tǒng)的原理圖如下：（2）系統(tǒng)作業(yè)流程和數(shù)據(jù)流程1）系統(tǒng)運(yùn)作的流程如下：基準(zhǔn)站連續(xù)不間斷的觀測(cè)GPS的衛(wèi)星信號(hào)獲得該地區(qū)和該時(shí)間段的“局域精密星歷”及其他改正參數(shù)，依據(jù)用戶要求把靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)并把基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信息送往服務(wù)器上GPS軟件的指定位置。用戶單元接收定位衛(wèi)星傳來的信號(hào)，并解算出地理位置坐標(biāo)。用戶單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲得基準(zhǔn)站供應(yīng)的差分信息后輸入用戶單元GPS的OEM板進(jìn)行差分解算。用戶單元在野外完成靜態(tài)測(cè)量后，可以從基準(zhǔn)站軟件下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線聯(lián)合解算2）GPS硬件系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如下：圖二數(shù)據(jù)流程三、基準(zhǔn)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、功能設(shè)計(jì)綜合系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和要求，并結(jié)合有關(guān)項(xiàng)目的基準(zhǔn)站資料，對(duì)本系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行定位服務(wù)基準(zhǔn)站提出以下功能分析和設(shè)計(jì)：1）建立一個(gè)永久性的基準(zhǔn)站，設(shè)計(jì)為無人職守型，設(shè)備盡可能少，連接牢靠。2）基準(zhǔn)站都為屋頂型基準(zhǔn)站，采納SOUTH-BASE主機(jī)的方式。3）基準(zhǔn)站為分體式，主機(jī)天線置于屋頂，主機(jī)置于室內(nèi)，采集數(shù)據(jù)干脆顯示在服務(wù)器上。4）在斷電狀況下，基準(zhǔn)站能夠靠自身的UPS支持兩個(gè)小時(shí)以上。2、功能模塊的選用（1）永久連續(xù)觀測(cè)基準(zhǔn)站依據(jù)上述功能，永久連續(xù)觀測(cè)基準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)出如下圖所示。圖中各功能模塊的選擇和性能描述如下：圖三基準(zhǔn)站設(shè)備示意圖1)南方GPS扼流圈接收天線目前，國(guó)際上通用的民用GPS接收機(jī)均接收來自美國(guó)軍方全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用頻段?；鶞?zhǔn)站的采納南方GPS扼流圈測(cè)量型的雙頻天線，南方GPS雙頻高精度抗多徑干攏扼流圈天線，主要用于大地測(cè)量，地震預(yù)報(bào)和大氣水汽含量探討等項(xiàng)目。它采納鋁質(zhì)等圓4圈凹槽扼流圈和一個(gè)對(duì)稱多點(diǎn)極化的天線加上一個(gè)36dB低噪聲帶通濾波放大器，可以在直流電壓3～12V中工作。該天線工作在并通過先進(jìn)的電路削減低仰角信號(hào)的干擾，具有抗電磁干擾和抗多路徑效應(yīng)的實(shí)力，密閉的天線罩可以適應(yīng)不同天氣和惡劣工作環(huán)境。2）連續(xù)運(yùn)行參考站主機(jī)SOUTH-BASE南方測(cè)繪的SOUTH-BASE參考站主機(jī)是一款帶有多種通訊接口的高性能參考站，可持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作；運(yùn)用操作簡(jiǎn)潔便利；操作者可通過串口、USB設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)工具及鼠標(biāo)/鍵盤對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行管理和設(shè)置。其有如下特性：3)基準(zhǔn)站限制軟件-BASETRANS軟件基準(zhǔn)站限制軟件運(yùn)行在SOUTH-BASE主機(jī)的工作環(huán)境下，對(duì)存在于同一網(wǎng)絡(luò)中的全部參考站進(jìn)行統(tǒng)一地管理和配置，構(gòu)建全部的主網(wǎng)和子網(wǎng)，安排和限制入網(wǎng)用戶的權(quán)限，功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)便。負(fù)責(zé)配置、監(jiān)控、管理單參考站的運(yùn)行狀況。在整個(gè)基準(zhǔn)站系統(tǒng)中，BASETRANS軟件是一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分。主要起到以下幾個(gè)作用：通過數(shù)據(jù)線把主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相連，接收限制電路發(fā)送過來的GPS數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分組。把基站接收到的GPS數(shù)據(jù)通過Internet傳送給用戶部分的GPS接收機(jī)。把用戶部分的GPS傳送回來的定位數(shù)據(jù)（速度，方向），進(jìn)行分組歸類，經(jīng)過處理后發(fā)給后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，以便后期的管理和限制。由于GPS信號(hào)在GPS天線通過電纜傳送給OEM板的過程中會(huì)有衰減的問題，所以接收天線和主機(jī)的距離不宜太遠(yuǎn)，假如GPS天線架設(shè)在樓頂?shù)脑?，主機(jī)（

OEM板）和服務(wù)器盡可能的要放到接近樓頂?shù)奈恢谩?)UPS/電源（UPS電源由用戶依據(jù)自己的須要自行選擇）隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)供電系統(tǒng)的質(zhì)量要求也不斷提高，由于公共電網(wǎng)自身的緣由，以及自然界雷擊，地電等影響，不能滿意客戶對(duì)高精度，高牢靠度電源質(zhì)量的要求。在我國(guó)，隨著信息技術(shù)高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益普及，計(jì)算機(jī)對(duì)我們的工作和日常生活影響也愈來愈大，人們?cè)絹碓揭揽恐畔⒓夹g(shù)，而信息的交換，傳輸和存儲(chǔ)的須要有一個(gè)良好的供電質(zhì)量，否則會(huì)干脆影響到通信設(shè)備的正常運(yùn)用，甚至?xí)s短其運(yùn)用壽命。為了保證基準(zhǔn)站能正常供電，持續(xù)不斷的運(yùn)行，在保持常規(guī)供電的狀況下，我們還需運(yùn)用UPS設(shè)備，當(dāng)市電正常輸入時(shí)，UPS就將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)負(fù)載運(yùn)用，同時(shí)對(duì)機(jī)內(nèi)電池充電，把能量?jī)?chǔ)存在電池中，當(dāng)市電中斷（事故停電）或輸入故障時(shí)，UPS馬上將機(jī)內(nèi)電池的能量轉(zhuǎn)換為220V溝通電接著供負(fù)載運(yùn)用，使負(fù)載維持正常工作并愛護(hù)負(fù)載軟，硬件不受損壞。3、基建結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)站的基建結(jié)構(gòu)部份是依據(jù)在以往工程中的永久性基站建設(shè)的閱歷進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此供應(yīng)以供參考。基準(zhǔn)站由儀器室和觀測(cè)墩兩部分組成：（1）觀測(cè)墩：用于支撐GPS觀測(cè)天線。觀測(cè)墩建立于基巖上的稱為基巖站，建立于屋頂上的稱為屋頂站。觀測(cè)墩柱體內(nèi)預(yù)埋PVC管道，用于敷設(shè)天線電纜。儀器墩外部進(jìn)行保溫柔防風(fēng)處理，頂部安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避開自然環(huán)境如強(qiáng)風(fēng)、雨雪、日照、鹽蝕等對(duì)天線的損壞。天線墩結(jié)構(gòu)圖見圖2.2，實(shí)例見圖2.3。圖2.2觀測(cè)墩結(jié)構(gòu)圖2.3觀測(cè)墩實(shí)例（2）儀器室：用于安置基準(zhǔn)站設(shè)備。要求距離觀測(cè)墩距離不超過天線電纜的許可長(zhǎng)度，并可供應(yīng)牢靠的電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)接入，此外需依據(jù)條件安裝防盜設(shè)施并留意通風(fēng)散熱?；鶞?zhǔn)站設(shè)備以模塊化方式集成在儀器室的機(jī)柜內(nèi)，由GPS接收機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS電源系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、機(jī)柜等組成。（3）室外觀測(cè)墩防雷1)、室外天線防雷的接地地網(wǎng)原則上運(yùn)用觀測(cè)墩所在的大樓的防雷地網(wǎng)，所以大樓的防雷地網(wǎng)對(duì)地地阻必需小于5Ω，對(duì)于不滿意要求的要進(jìn)行地網(wǎng)改造直至滿意要求。2)、避雷針要采納提前放電式避雷針，避雷針的引線要采納雙接點(diǎn)和防雷帶或建筑物的主筋焊接，焊接點(diǎn)要做好防銹措施。3)、避雷針的引線若是在建筑物的外墻新布設(shè)的，要在靠近地面處做好平安愛護(hù)。(4)、避雷針的高度和安放位置要符合相關(guān)防雷規(guī)范的規(guī)定。四、應(yīng)用建議系統(tǒng)作業(yè)主要針對(duì)單位的測(cè)繪應(yīng)用，更具引用特點(diǎn)模式分為高精度測(cè)量、限制測(cè)量、大比例尺測(cè)圖和施工放樣等幾項(xiàng)。1.靜態(tài)測(cè)量靜態(tài)方法主要是利用系統(tǒng)基準(zhǔn)站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和用戶所觀測(cè)的數(shù)據(jù)聯(lián)合處理完成的，詳細(xì)內(nèi)容如下：觀測(cè)時(shí)間：1時(shí)段，2-3小時(shí)采樣率：15秒運(yùn)用儀器：雙頻GPS接收機(jī)處理軟件：接收機(jī)廠商供應(yīng)的商業(yè)軟件，廣播星歷測(cè)量精度：平面點(diǎn)位精度3cm。運(yùn)用領(lǐng)域：城市限制測(cè)量，工程限制測(cè)量運(yùn)用方法：靜態(tài)儀器干脆觀測(cè)。通過網(wǎng)絡(luò)下載CORS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)。利用商業(yè)軟件進(jìn)行基線處理。利用商業(yè)軟件進(jìn)行平差計(jì)算，得到限制點(diǎn)坐標(biāo)。2.動(dòng)態(tài)測(cè)量運(yùn)用方法：GPRS或CDMA撥號(hào)，撥叫基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接入號(hào)碼。流淌站GPS天