武汉城市圈连续运行卫星定位服务系统潜江基准站建设

聂光荣，孙伟，李江卫，黄涛

(1.潜江市勘测设计研究院，湖北潜江 433100； 2.武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

武汉城市圈连续运行卫星定位服务系统潜江基准站建设

聂光荣1∗，孙伟2，李江卫2，黄涛1

(1.潜江市勘测设计研究院，湖北潜江 433100； 2.武汉市勘测设计研究院，湖北武汉 430022)

本文详细介绍了武汉城市圈连续运行卫星定位服务系统潜江基准站建设过程及建设完成后的各项测试方法和结果，对建站技术特点和创新进行了概括，最后简略阐述了系统的应用现状。

GNSS；CORS；武汉城市圈；基准站

1 前 言

随着国家中部崛起战略的实施，武汉城市圈重要战略支点的作用日益彰显。潜江境内有全国十大油田之一的江汉油田，同时也是江汉平原的交通枢纽，近年来城市建设快速发展。国家试点项目“数字潜江”的建设完成和城市圈5个“一体化”建设的提出，对空间地理信息的覆盖范围、时效性、准确性、科学性等提出了更高要求，无论是潜江地方经济建设还是城市圈两型社会发展，都迫切需要一种崭新的技术手段提供测绘基准保障。为此，潜江市勘测设计研究院与武汉市勘测设计研究院合作启动了武汉城市圈连续运行卫星定位服务系统潜江基准站建设项目。

潜江基准站作为武汉城市圈CORS的组成部分，是潜江城市地理基础框架建设的一项重要工作内容，是数字潜江公共信息平台必备的空间基础设施，可满足潜江市城市规划、国土管理、城乡建设、灾害监测、环境监测、防灾减灾、资源调查、精细农业、交通管理等多种现代化、信息化管理的需求。潜江基准站建设于2009年5月启动，2009年8月建成试运行，2009年9月完成各项精度指标和性能测试，2009年10月通过潜江市科技局组织的成果鉴定会并正式投入使用。

2 潜江基准站建设

2.1 潜江基准站建设概述

武汉城市圈CORS潜江基准站建设项目于2009年5月经潜江市规划局同意，报潜江市委、潜江市政府审批通过正式立项。项目组前期进行了大量的调研工作，根据调研情况进行了基准站选址、控制点踏勘、硬件选型等准备工作，在此基础上完成了技术设计并通过专家审查。2009年6月～8月，陆续完成基准站土建、防雷工程、网络布线、数据分中心的硬软件设备安装调试以及系统集成工作，基准站距离仙桃基准站为53 km，完全覆盖潜江市2 004 km2范围。图1为潜江基准站建成后的武汉城市圈CORS基准站分布图。

图1 武汉城市圈连续运行卫星定位服务系统基准站分布图

2.2 站址测试

基准站建设提出了一套全面的基准站选址数据处理分析方法和流程，方法从基准站观测数据完好性、多路径效应、信噪比、伪距定位结果等方面对拟建潜江基准站站址环境进行了全面分析和综合评估。以信噪比分析为例，基准站建站一般要求SNR平均值在15以下，通过数据分析，潜江基准站拟建站址噪声环境满足建站的需要，如图2所示。

2.3 网络建设

潜江基准站作为武汉城市圈CORS子系统，共享系统发播差分数据的GPRS APN网络。基准站有线通讯采用2.0 M长途数字电路(SDH)专线，其中武汉端已预留了接入端口。测试结果显示，网络延时小于300 ms，链路安全、稳定、可靠，满足设计要求。图3为潜江基准站建成后的武汉城市圈CORS网络拓扑图。

图2 潜江基准站观测数据L1、L2信噪比变化图

图3 武汉城市圈CORS网络拓扑图

2.4 坐标联测

建立与国家基准衔接一致的潜江市高精度GPS控制网，为全市域范围提供精确的坐标基准，是潜江基准站建设的重要目标。坐标联测主要包括以下三个方面的工作:

(1)联测IGS跟踪站，确定潜江基准站地心坐标。引入北京、上海、武汉等IGS站及武汉城市圈CORS原有8个基准站、潜江基准站的同期观测数据，采用高精度GPS数据处理软件计算，得到潜江基准站精确的三维地心坐标，点位精度±0.28 cm，其中:X方向±0.11 cm，Y方向±0.22 cm，Z方向±0.14 cm。

(2)建立基于 ITRF97(历元2000.0)的高精度GPS控制网。建站初期，踏勘并选定了19个高等级控制点构建潜江市高精度GPS控制网，其中潜江基准站1点、国家B级GPS点1点、城市高等级三角点9点、国家二等水准点5点、汉江水利枢纽控制点1点、新建C级GPS点2点。

2009年7月8日～11日，潜江市勘测设计研究院组织人员对控制网进行了联测，以网连式图形扩展方式进行。同步观测采用8台Trimble双频接收机，其中R8 GNSS型4台、5700型1台、5800型1台、R6型2台；采样率设置为10 s，截止高度角10°；观测时段数2个，同步环观测时段180 min。

基线解算和平差分别采用TGO1.62和CosaGPS V4.0。三维无约束平差结果:最弱点点位中误差±2.36 cm，平均点位中误差±1.10 cm，最弱边边长相对中误差 0.96 ppm，表明控制网测量精度高，无粗差。三维约束平差结果:最弱点点位中误差±3.05 cm，平均点位中误差±1.40 cm，最弱边边长相对中误差1.25 ppm，表明控制网在地心坐标系下的平差精度高。二维约束平差结果:最弱点点位中误差±1.61 cm，平均点位中误差±0.95 cm，最弱边边长相对中误差 3.41 ppm，可见控制网在地方坐标系下的二维平差精度高，控制点兼容性好，有利于转换参数求取。

(3)为提高坐标转换参数精度，满足实时定位高程精度的设计要求，按三等精度施测水准线路74.8 km，填补了潜江市域西部高等级高程控制的空缺，使高程控制均匀分布于GPS控制网中。

2.5 系统测试

为验证建站各项技术指标，评定其是否达到设计要求，2009年9月武汉市勘测设计研究院组织技术人员对网络RTK实时定位精度、空间可用性、时间可用性等方面进行了测试。由于数据处理中心原有核心软件、数据发播方式没有改变，系统完好性、兼容性等方面理应与原有测试结果完全一致，详见参考文献[3]。测试结果如下:

(1)网络RTK实时定位精度测试

测试选取了均匀分布在整个潜江市域的25个已知控制点进行实时定位精度测试，包括城市三角点、D级GPS点，同时考虑了观测环境等因素，有意选择了靠近水面或附近有高压电线的点。观测采用Trimble 5700、Trimble R6仪器各一台，采样率设置为1 s，设站采用脚架固定方式，每一个点进行2次初始化测量，连续记录60个历元取平均值。

按网络RTK实时定位精度测试数据统计与分析方法[3]，实时定位内符合精度为:X方向±0.58 cm，Y方向±1.06 cm，H方向±1.42 cm，统计见表1；实时定位外符合性统计选取了较为常用的D级GPS点，其精度为:X方向±1.28 cm、Y方向±1.46 cm，H方向±6.20 cm。测试结果优于设计要求。

网络RTK实时定位内符合精度统计表 表1

(2)空间可用性测试

测试采用与实时定位精度测试相同的仪器设备和采样率，在作业车辆上进行连续定位，采集固定解数据来记录车辆的运行轨迹。轨迹显示，西北方向最远测点处于潜江、沙洋两地交界处，距潜江基准站 29 km；西南方测试最远点位于监利、潜江两地交界处的张金镇，距潜江基准站36 km。

结果表明，系统服务已覆盖整个潜江市域，并可满足网外30余千米范围内高精度、实时的定位需要。

(3)时间可用性

系统集成后，核心软件显示潜江基准站24小时内有效卫星数最少为5颗，全天可用性超过97%。图4反映了2009年9月18日基准站全天跟踪卫星数、解算卫星数和可用卫星数的变化情况。

图4 潜江基准站24小时卫星数变化情况

3 建设特点及创新

(1)通过与IGS跟踪站、武汉城市圈CORS其他基准站的联合数据处理，建立了覆盖潜江市域的、与国家2000大地坐标系(CGCS2000)相一致的高精度三维地心基准，为构建武汉城市圈统一的地理空间参考框架奠定了坚实基础。

(2)潜江基准站建设充分利用已建成的武汉城市圈CORS软硬件资源，集成了长途数字电路(SDH)和GPRS APN服务专网等通信网络。这种依托已有资源的“拓展型CORS建设模式”，组织形式灵活、可靠性更高、成本更低，对城市CORS建设有积极的参考和推广应用价值。

(3)在潜江基准站选址工作中，提出并运用一套较为完整的CORS基准站选址数据处理分析方法和流程。方法从观测数据完好性、多路径效应、信噪比、伪距定位结果等多个方面对站址环境进行综合评估。

(4)由于不同区域平面坐标系统的兼容性不一致，为进一步提高用户地方坐标系定位成果的精度，综合利用用户区域的几何拓扑关系和射线法原理，研发了武汉城市圈VRS CORS分区域服务和管理软件，实现了潜江以及其他地域用户的分区域服务和管理。

4 应用现状

目前，武汉城市圈CORS拥有长期注册用户87个，分属勘查、航道、水务、市政、电力、防洪、管线、国土、房产等多个行业。系统的使用，有效缩短了工作时间，传统模式下的控制测量“找点”往往花费大量人力和时间，在CORS模式下则实现了高精度、实时、动态的空间定位，数十倍提高了工作效率。

潜江基准站正式运行后，在潜江市勘测设计研究院所承接的新城区道路放样、汉宜高速铁路潜江火车站配套工程、南水北调丹江口移民工程等市重点建设项目中，得到了充分应用。在短短几个月内，项目成果在潜江市城市基础测绘、城乡规划、市政工程建设等方面的约40项测绘工程中应用，取得了良好的经济社会效益。

5 结 论

武汉城市圈CORS潜江基准站建设完成，实现了潜江市域厘米级实时定位全覆盖，建立了全市域、与国家基准相一致的高精度地理空间参考框架，为潜江地区精化似大地水准面提供了重要基础数据，为国家2000大地坐标系在潜江市的应用奠定了基础。

随着系统在潜江市的不断推广和应用，将进一步增强潜江市以及武汉城市圈的测绘服务保障能力，推动城市信息化发展和数字化进程，系统服务对象将从城市规划、建设逐步拓展到社会经济生活的各个领域，为构建可持续发展社会提供高效的服务。

[1]CH/T 2008－2005.全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范[S].

[2]肖建华.为城市发展构筑动态空间基准框架[J].城市勘测，2005(6)

[3]李江卫，肖建华，高光星等.武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)测试与分析[J].城市勘测，2007(1)

Construction of Wuhan Metropolitan Continuous Operational Satellite Positioning and Serving System Qianjiang Station

Nie GuangRong1，Sun Wei2，Li JiangWei2，Huang Tao1
(1.Qianjiang Geotechnical Engineering And Surveying Institute，Qianjiang 433100，China；2.Wuhan Geotechnical Engineering And Surveying Institute，Wuhan 430022，China)

The paper introduces construction process of Wuhan metropolitan continuous operational satellite positioning and serving system Qianjiang station in detail and depicts testing methods，results after construction finishing.Then technical and innovative construction points are recapitulated.At last，we concisely summarize current status quo of system applications.

GNSS；CORS；Wuhan metropolitan；station

1672－8262(2010)04－83－03

P228

A

2009—12—25

聂光荣(1962—)，男，工程师，现主要从事测绘生产管理和新技术研究应用工作。