沿海BDS CORS基准站选址关键技术研究探讨

邬凌智，黄永军，吕瑛炯

(交通运输部 北海航海保障中心，天津 300450)

沿海BDS CORS基准站选址关键技术研究探讨

邬凌智，黄永军，吕瑛炯

(交通运输部 北海航海保障中心，天津 300450)

为了提高沿海区域BDS精密定位服务系统的基准站选址精度，提出沿海BDS CORS基准站选址方法；通过论述沿海BDS CORS基准站布局设计和选址原则，以及现场踏勘与环境测试原理，将交通、通信、供电、防雷、机房及安保情况作为沿海基准站布局设计、初选和现场勘查的主要考虑因素，将观测数据完整性、多路径效应、信噪比情况作为基准站观测环境测试的3大主要指标，以期有效地解决沿海基准站的选址问题，满足实际工程需要。

BDS；沿海CORS；基准站选址；多路径；信噪比

0 引言

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)是我国拥有自主知识产权的卫星导航系统。沿海BDS连续运行参考站(continuously operating reference stations，CORS)是通过建设一定数量的连续运行的基准站，以我国的BDS为主，并兼容其他卫星导航系统，利用卫星定位技术、计算机网络技术、通信技术，向社会提供统一、高精度的空间位置信息服务的系统[1]。与单点定位、RBN-DGPS等目前主流的海上定位方式相比，BDS CORS具有覆盖范围更广，定位精度更高，网内定位精度分布均匀且不受与基准站之间的距离限制[2]，安全性更高且不易受到域外国家导航政策变化的影响[3]，生产效率更高，一次投资长期受益[4]，可同时满足不同需求的用户在实时性方面的差异，能兼顾不同层次的用户对定位精度指标要求[5]等优点，可满足海上用户对高精度化定位和日益多元化的需求。

沿海BDS CORS由基准站网络、控制中心、数据中心、用户应用系统、数据通信系统等子系统组成[6-7]。其中，基准站网络负责BDS卫星信号的捕获、跟踪、采集与传输[8]，同时提供系统完好性监测服务，是系统的数据来源，其稳定性和可靠性直接影响到系统的性能[9]。鉴于沿海RBN-DGPS系统与CORS相比精度较低，对台站选址的要求相对也较低；且RBN-DGPS台站都配置有功率很大的信号发射装置，对BDS信号的接收有一定干扰性，难以满足沿海BDS CORS建设的精度要求，因此沿海BDS CORS的基准站需要重新选址。

本文以沿海BDS CORS一期工程——渤海湾及烟大航路区域BDS精密定位服务系统建设工程的基准站选址实践为例，提出了沿海BDS CORS基准站的选址技术。

1 基准站布局设计

站点布局设计主要是按一定的站间距在地图上标识或确定站点的分布及点数，以便选点踏勘时进一步确定[10]。主要包括基准站网形设计和基准站类型选择2部分：基准站网形设计主要从CORS系统的应用功能方面考虑，单一实现静态数据服务功能基准站在站间距离上可以适当加长，站间距离在100～200 km都可以满足要求，实时动态差分法(real-time kinematic，RTK)( 即网络RTK)的实现需要考虑更多因素，站间距离一般为50 km左右；基准站可分为楼顶站和基岩站，基岩站较楼顶站更为稳固，但在供电、网络及安全防护上不如楼顶站，小型CORS系统全部和大型CORS系统的大部分基准站均可采用楼顶站[11]。

1.1 设计原则

渤海湾及烟大航路区域BDS精密定位服务系统计划建设10个BDS基准站，其分布设计原则为：

1)充分利用现有航标站、船舶自动识别系统(automatic identification system，AIS)站等资源，并结合导航和实时精密海上定位的示范应用；

2)基准站点布设需考虑海岸线，保证系统能够提供覆盖近海的m级、dm级导航、cm级海上位置服务；

3)考虑到南北电离层活跃程度，南部区域平均在50 km，北部区域平均间距在70 km；

4)考虑到海岸线附近较为荒凉，供电及通信条件较差，站址选择范围有限，因此基准站类型以楼顶站为主。

1.2 基准站选址原则

1)充分利用各行业部门和地方已有的基准站；

2)应有10°以上的地平高度角卫星通视条件[12]，特殊困难地区，经测试可在一定范围类(水平视角不超过60°)放宽至15°；

3)远离电磁干扰区(微波站、无线电发射台、高压线穿越地带等)和雷击区，其距离不小于200 m；远离周边的高大建筑、树、水体、海滩和易积水地带，其距离不小于200 m；

4)应避开地质构造不稳定区域(除特殊应用外)，避开铁路、公路等易产生振动的地点；远离活动断层和密集断裂带50 km以上，避开地震活动带等不稳定区域；

5)具有稳定、安全可靠的交流电电源[13]，交通便利，便于人员往来和车辆运输。

1.3 点位设计方案

根据以上原则进行基准站分布设计，按海区岸线及航海保障重点区域划分，渤海湾及烟大航路区域共设计10个基准站，基准站网分布参见图1，其名称、类型、位置及所在地列入表1。

点名类型位置所在地曹妃甸楼顶站当地航标站河北唐山天津港楼顶站当地航标站天津海河Ⅰ楼顶站航标处天津黄骅港楼顶站当地航标站河北黄骅黄白咀楼顶站当地AIS站辽宁大连北长山楼顶站当地航标站山东长岛北隍城楼顶站当地灯塔渤海海峡龙口楼顶站当地AIS站山东龙口烟台楼顶站当地航标处山东烟台威海楼顶站当地航标站山东威海

2 现场踏勘与环境测试

国内外的大量CORS 建设实践证明，CORS 站址的观测环境是影响 CORS 系统整体性能的重要环节之一。如果CORS 系统建成后才发现某个基准站运行状态欠佳，如多路径影响较大或者附近有干扰信号，此时再想更改基准站站址将会非常麻烦；因为这意味着天线墩的土建、防雷工程、通信网络布设、设备安装等工作必须重新做，人力、物力、时间上都会造成很大浪费：因此在观测墩建设前，必须进行现场踏勘和环境测试。

2.1 现场踏勘

现场踏勘主要任务包括：目测点位周围遮挡状况和可能的干扰源状况，并进行摄像存档；查看所选点位的供电、通讯、防雷、机房及安保情况，确定出1～2个可选建站位置，以便随后通过环境测试确定最终站址。渤海湾及烟大航路区域BDS精密定位服务系统基准站现场勘测结果如表2所示。

表2 基准站现场勘测结果

2.2 环境测试数据质量分析方法

接收机环境测试数据质量分析内容包括观测数据的多路径情况、数据的完整性(实际观测值的数据量除以理论上的观测值数)、观测值的丢失情况、卫星信号信噪比等。通过伪距观测值和载波相位观测值计算上述指标，从而评价测站的周围环境是否满足建站要求。其中多路径情况用MP值表示，该值是载波上的多路径效应对伪距和相位影响的综合指标，MP值越小说明抗多路径效应能力越强，其计算方法为：

(1)

(2)

对于BDS3频数据，还有

(3)

通常主要的几个指标阈值是：

1) 数据的完整性(>85 %)——反映测站周围是否具有较高的遮挡物；

2) 多路径效应的大小(L1<0.35，L2<0.45，L3<0.45)——反映测站周围是否具有镜面反射体和较高的树木。

3 实例与结果分析

按照上述方法，对渤海湾及烟大航路区域BDS精密定位服务系统10个基准站的拟选站址进行了长时间不间断观测。部分典型站点的观测和分析数据如表3所示。

表3 部分站点环境测试数据

通过综合分析，结论如表4所示。

表4 基准站选址结果

4 结束语

沿海BDS CORS的建设标志着中国沿海地区海上定位精度将首次进入cm级时代，对于保障船舶航行安全、提高航运效率、助推经济发展具有重要意义；此外，国际海事应用是BDS国际化取得的第一个突破口，也是BDS推广应用的一个重要里程碑，沿海BDS CORS作为其重要配套项目，对于推动BDS国际海事应用具有重要示范意义。本文结合沿海BDS CORS一期工程——渤海湾及烟大航路区域BDS精密定位服务系统建设工程的基准站选址实践经验，对沿海BDS CORS选址关键技术，如布局设计原则、选址选择、现场踏勘内容及要求、环境测试方法及原理等进行了详细描述，为建设沿海统一的BDS CORS奠定了坚实的基础。

由于海上及沿海区域的特殊性，沿海BDSCORS 基准站的选址工作受到一定客观因素主导，如可选站址有限、信号干扰严重、交通不便、通讯困难、建设成本较高等。因此在某些条件下，应适当放宽指标。此外CORS基准站也能与水文气象观测站、AIS基站等其他专业站点一起共建，但这时应在综合考虑各方需要的基础上，再进行布局设计及相关测试，以满足各方的建站要求。

[1] 张国平.长江干线北斗CORS 建设的若干思考[J].测绘通报，2015(7)：5-8.

[2] 袁伟强.福建省连续运行参考站网络的构建[J].地理空间信息，2010，8(5)：44-49.

[3] 杨爱玲，周 泉，张晓磊.北斗CORS网建设的分析与思考[J].测绘与空间地理信息，2015，38(10)：61-63.

[4] 张振勇，王刚.CORS系统建设经验谈[J].中国科技信息，2011(3)：67-69.

[5] 李得基，毕泰武，牛亚兵.建设连续运行卫星定位综合服务系统(CORS)的方法与应用探讨[J].测绘与空间地理信息，2010，33(6)：163-169.

[6] 刘经南，刘晖，邹蓉，等.建立全国CORS更新国家地心动态参考框架的几点思考[J].武汉大学学报·信息科学版，2009，34(11)：1261-1265.

[7] 何保国，魏忠，高长元.HBCORS 运营管理机制的思考[J].地理空间信息，2011，9(2)：6-8.

[8] 陈俊勇，张鹏，武军郦，等.关于中国构建全球导航卫星国家级连续运行参考站系统的思考[J].测绘学报，2007，36(4)：250-369.

[9] 张婷，栗靖，朱大为，等.CORS系统的应用现状及建立的必要性[J].现代导航，2012(4)：268-271.

[10]刘文建，阳力.CORS参考站选址的探讨[J].地理空间信息，2008，6(6)：53-55.

[11]阳力，吕超.CORS系统卫星跟踪基准站建设的探讨[J].地理空间信息，2007，5(1)：30-31.

[12]国家测绘局.全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范：CH/T2008-2005[S].北京：测绘出版社，2006.

[13]刘喜.CORS 站址选择及测试数据分析方法的研究[J].测绘与空间地理信息，2010，33(6)：41-44.

Discussion on key technologies of location selection for reference stations of marine BDS CORS

WULingzhi，HUANGYongjun，LVYingjiong

(Navigation Guarantee Center of North China Sea，Ministry of Transport，Tianjin 300450，China)

In order to improve the accuracy of location section of the marine BDS CORS’s reference stations，the paper proposed a secletion method：the principles of layout design and site selection，and the theories of reconnaissance and data test were introduced，traffic，telecommunication，electricity supply，lightning protection，machine room and security conditions were taken priority for the layout design，first site selection and reconnaissance of the marine reference stations，and observations data integrity，multiple routes effect and signal-to-noise ratio were used as three main indicators of the observation environment test of the stations.The research result would help effectively tackle the location seletion of marine reference stations for meeting the demands of practical projects.

BDS；marine CORS；lociton selection of reference stations；multiple routes；signal-to-noise ratio

2016-05-30

邬凌智(1983—)，男，湖北石首人，本科学历，工程师，研究方向为海洋测绘。

邬凌智，黄永军，吕瑛炯.沿海BDS CORS基准站选址关键技术探讨[J].导航定位学报，2017，5(1)：70-74.(WU Lingzhi，HUANG Yongjun，LV Yingjiong.Discussion on key technologies of location selection for reference stations of marine BDS CORS[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(1)：70-74.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170115.

P228

A

2095-4999(2017)01-0070-05