CORS單基站設計方案

/前言隨著國家信息化程度的提高及計算機網(wǎng)絡和通信技術的飛速發(fā)展，電子政務、電子商務、數(shù)字城市、數(shù)字省區(qū)和數(shù)字地球的工程化和現(xiàn)實化，須要采集多種實時地理空間數(shù)據(jù)，因此，中國發(fā)展CORS系統(tǒng)的緊迫性和必要性越來越突出。幾年來，國內(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)運行網(wǎng)絡，目前，為滿意國民經(jīng)濟建設信息化的須要，一大批城市、省區(qū)和行業(yè)正在籌劃建立類似的連續(xù)運行網(wǎng)絡系統(tǒng)，一個新的建網(wǎng)高潮正在到來。當前國內(nèi)不同行業(yè)建設的網(wǎng)站系統(tǒng)基本上還是獨立運行的，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。目前國內(nèi)市場上的連續(xù)運行參考站的建站方案動則百萬甚至上千萬的資金投入相對于這些小規(guī)模的應用對連續(xù)運行參考站的需求而言就顯得投入和產(chǎn)出太過于失衡，導致很多行業(yè)和單位只能對連續(xù)運行參考站系統(tǒng)望而怯步。針對這種狀況，我們提出了“服務現(xiàn)在、面對將來的可拓展的SOUTH-CORSGPS獨立連續(xù)運行參考站解決方案”。本方案立足于當前的詳細實際應用，單參考站在滿意現(xiàn)勢應用的前提下可拓展成為將來的多基站應用。二、系統(tǒng)設計1、系統(tǒng)概述本方案設計是依據(jù)獨立運行參考站的特點而特地設計的，方案設計遵循如下的原則。先進性——在保證系統(tǒng)牢靠性和穩(wěn)定性的前提下，采納當前世界上先進的GPS技術、通訊技術、軟件設計和開發(fā)技術，以保證系統(tǒng)的性能在較長的時間內(nèi)不落后，并隨著技術的不斷發(fā)展得到相應的更新。牢靠性——系統(tǒng)設計就是為了更有效的提高RTK在區(qū)域內(nèi)作業(yè)的效率，更合理的應用和利用RTK。系統(tǒng)設計以牢靠性為前提，否則，不但不能起到應當起到的作用，有可能還帶來反面的影響?？赏卣剐浴到y(tǒng)在設計上考慮到產(chǎn)品的可擴展性，獨立的連續(xù)運行參考站只須要通過軟件升級就能接入多基站的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)。系統(tǒng)可以進行整體升級，因此系統(tǒng)在升級時對終端用戶來說是透亮的。高性價比——為了極大的降低客戶的運行成本，在同樣的價格下，盡量讓客戶享受做好的服務和高性能的系統(tǒng)。易用性——在設計系統(tǒng)時，盡量運用戶操作界面友好、簡潔、易用，充分體現(xiàn)人性化。2、方案目標和內(nèi)容連續(xù)運行單參考站系統(tǒng)為一個獨立的連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)技術組成的網(wǎng)絡，實時地向不同類型、不同需求的用戶自動地供應經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值(載波相位，偽距)，各種改正數(shù)、狀態(tài)信息，以及其他有關GPS服務項目的系統(tǒng)。連續(xù)運行單參考站系統(tǒng)方案目標為：建立和維護測量區(qū)域內(nèi)的GPS基準站支持，為該系統(tǒng)供應一套完整的GPS工程技術標準，其詳細項目為：（1）建設一個永久連續(xù)觀測的GPS定位基準站觀測墩。（2）建立若干個可供應基準站網(wǎng)絡服務的網(wǎng)絡系統(tǒng)。（3）建立基準站和系統(tǒng)管理中心的內(nèi)部局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸（4）為用戶供應靜態(tài)、RTK測量的數(shù)據(jù)信息。3、系統(tǒng)性能指標本系統(tǒng)工程完畢后，要求達到下表內(nèi)列舉的各項性能指標：項目內(nèi)容技術指標系統(tǒng)精度實施方式水平精度高程精度RTK實時定位20KM以內(nèi)10mm+1ppm20mm+1ppm20KM－40KM20mm+1ppm40mm+1ppm40KM－50KM50mm+1ppm80mm+1ppm50KM－100KM亞米級亞米級靜態(tài)事后差分定位≤5mm≤10mm變形觀測3－5mm6－10mm導航≤5M≤10服務領域?qū)Ш焦呔葘Ш蕉ㄎ坏男畔y量供應靜態(tài)、后差分、RTK的數(shù)據(jù)服務兼容性導航RTCM-SC104V2.X差分RTCMv2.X格式4、系統(tǒng)原理和結構（1）系統(tǒng)原理連續(xù)運行參考站系統(tǒng)是建立在GPS硬件的等技術平臺之上。它將尖端科技領域的衛(wèi)星定位技術和地理信息技術、通信技術和先進的軟件開發(fā)技術有機的結合在一起，為用戶供應了全新、透亮、可視、實時、的測量服務。依據(jù)系統(tǒng)功能的要求，本系統(tǒng)的GPS硬件由如下幾個單元組成：GPS基站、電源系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)，如下圖所示整個系統(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)運作的流程如下：基準站連續(xù)不間斷的觀測GPS的衛(wèi)星信號獲得該地區(qū)和該時間段的“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)打包存儲并把基準站的衛(wèi)星信息送往服務器上GPS軟件的指定位置。用戶單元接收定位衛(wèi)星傳來的信號，并解算出地理位置坐標。用戶單元的數(shù)據(jù)通訊模塊通過局域網(wǎng)從服務器的指定位置獲得基準站供應的差分信息后輸入用戶單元GPS的OEM板進行差分解算。用戶單元在野外完成靜態(tài)測量后，可以從基準站軟件下載同步時間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行基線聯(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、基準站系統(tǒng)設計1、功能設計綜合系統(tǒng)的功能設計和要求，并結合有關項目的基準站資料，對本系統(tǒng)連續(xù)運行定位服務基準站提出以下功能分析和設計：1）建立一個永久性的基準站，設計為無人職守型，設備盡可能少，連接牢靠。2）基準站都為屋頂型基準站，采納SOUTH-BASE主機的方式。3）基準站為分體式，主機天線置于屋頂，主機置于室內(nèi)，采集數(shù)據(jù)干脆顯示在服務器上。4）在斷電狀況下，基準站能夠靠自身的UPS支持兩個小時以上。2、功能模塊的選用（1）永久連續(xù)觀測基準站依據(jù)上述功能，永久連續(xù)觀測基準站的設計出如下圖所示。圖中各功能模塊的選擇和性能描述如下：圖三基準站設備示意圖1)南方GPS扼流圈接收天線目前，國際上通用的民用GPS接收機均接收來自美國軍方全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的民用頻段?；鶞收镜牟杉{南方GPS扼流圈測量型的雙頻天線，南方GPS雙頻高精度抗多徑干攏扼流圈天線，主要用于大地測量，地震預報和大氣水汽含量探討等項目。它采納鋁質(zhì)等圓4圈凹槽扼流圈和一個對稱多點極化的天線加上一個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的電路削減低仰角信號的干擾，具有抗電磁干擾和抗多路徑效應的實力，密閉的天線罩可以適應不同天氣和惡劣工作環(huán)境。2）連續(xù)運行參考站主機SOUTH-BASE南方測繪的SOUTH-BASE參考站主機是一款帶有多種通訊接口的高性能參考站，可持續(xù)長時間穩(wěn)定工作；運用操作簡潔便利；操作者可通過串口、USB設備或網(wǎng)絡工具及鼠標/鍵盤對基準站進行管理和設置。其有如下特性：3)基準站限制軟件-BASETRANS軟件基準站限制軟件運行在SOUTH-BASE主機的工作環(huán)境下，對存在于同一網(wǎng)絡中的全部參考站進行統(tǒng)一地管理和配置，構建全部的主網(wǎng)和子網(wǎng)，安排和限制入網(wǎng)用戶的權限，功能強大，操作簡便。負責配置、監(jiān)控、管理單參考站的運行狀況。在整個基準站系統(tǒng)中，BASETRANS軟件是一個相當重要的組成部分。主要起到以下幾個作用：通過數(shù)據(jù)線把主機和網(wǎng)絡相連，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。把用戶部分的GPS傳送回來的定位數(shù)據(jù)（速度，方向），進行分組歸類，經(jīng)過處理后發(fā)給后臺的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，以便后期的管理和限制。由于GPS信號在GPS天線通過電纜傳送給OEM板的過程中會有衰減的問題，所以接收天線和主機的距離不宜太遠，假如GPS天線架設在樓頂?shù)脑挘鳈C（

OEM板）和服務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）隨著電子技術的不斷發(fā)展，對供電系統(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，不能滿意客戶對高精度，高牢靠度電源質(zhì)量的要求。在我國，隨著信息技術高速發(fā)展，計算機應用日益普及，計算機對我們的工作和日常生活影響也愈來愈大，人們越來越依靠著信息技術，而信息的交換，傳輸和存儲的須要有一個良好的供電質(zhì)量，否則會干脆影響到通信設備的正常運用，甚至會縮短其運用壽命。為了保證基準站能正常供電，持續(xù)不斷的運行，在保持常規(guī)供電的狀況下，我們還需運用UPS設備，當市電正常輸入時，UPS就將市電穩(wěn)壓后供應負載運用，同時對機內(nèi)電池充電，把能量儲存在電池中，當市電中斷（事故停電）或輸入故障時，UPS馬上將機內(nèi)電池的能量轉(zhuǎn)換為220V溝通電接著供負載運用，使負載維持正常工作并愛護負載軟，硬件不受損壞。3、基建結構基準站的基建結構部份是依據(jù)在以往工程中的永久性基站建設的閱歷進行設計，在此供應以供參考?；鶞收居蓛x器室和觀測墩兩部分組成：（1）觀測墩：用于支撐GPS觀測天線。觀測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。觀測墩柱體內(nèi)預埋PVC管道，用于敷設天線電纜。儀器墩外部進行保溫柔防風處理，頂部安裝強制對中裝置，并用透波材料的天線罩覆蓋，以避開自然環(huán)境如強風、雨雪、日照、鹽蝕等對天線的損壞。天線墩結構圖見圖2.2，實例見圖2.3。圖2.2觀測墩結構圖2.3觀測墩實例（2）儀器室：用于安置基準站設備。要求距離觀測墩距離不超過天線電纜的許可長度，并可供應牢靠的電力供應和網(wǎng)絡接入，此外需依據(jù)條件安裝防盜設施并留意通風散熱?；鶞收驹O備以模塊化方式集成在儀器室的機柜內(nèi)，由GPS接收機、工業(yè)計算機、網(wǎng)絡設備、UPS電源系統(tǒng)、防護系統(tǒng)、機柜等組成。（3）室外觀測墩防雷1)、室外天線防雷的接地地網(wǎng)原則上運用觀測墩所在的大樓的防雷地網(wǎng)，所以大樓的防雷地網(wǎng)對地地阻必需小于5Ω，對于不滿意要求的要進行地網(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和防雷帶或建筑物的主筋焊接，焊接點要做好防銹措施。3)、避雷針的引線若是在建筑物的外墻新布設的，要在靠近地面處做好平安愛護。(4)、避雷針的高度和安放位置要符合相關防雷規(guī)范的規(guī)定。四、應用建議系統(tǒng)作業(yè)主要針對單位的測繪應用，更具引用特點模式分為高精度測量、限制測量、大比例尺測圖和施工放樣等幾項。1.靜態(tài)測量靜態(tài)方法主要是利用系統(tǒng)基準站的原始觀測數(shù)據(jù)和用戶所觀測的數(shù)據(jù)聯(lián)合處理完成的，詳細內(nèi)容如下：觀測時間：1時段，2-3小時采樣率：15秒運用儀器：雙頻GPS接收機處理軟件：接收機廠商供應的商業(yè)軟件，廣播星歷測量精度：平面點位精度3cm。運用領域：城市限制測量，工程限制測量運用方法：靜態(tài)儀器干脆觀測。通過網(wǎng)絡下載CORS基準站數(shù)據(jù)。利用商業(yè)軟件進行基線處理。利用商業(yè)軟件進行平差計算，得到限制點坐標。2.動態(tài)測量運用方法：GPRS或CDMA撥號，撥叫基準站的網(wǎng)絡系統(tǒng)接入號碼。流淌站GPS天