宁东矿区连续运行网络参考站测量系统的建立及系统测试

王思云

（国家能源投资集团宁夏煤业公司，宁夏 银川 751409）

引言

全球导航卫星系统连续运行参考站网(The Continuously Operating Reference Stations Ausing Global Navigation Satelite System, CORS)是以全球导航卫显系统(GNSS)为基础建立的连续运行参考站网,简称连续运行参考站系统或连续运行基准站系统[1]。CORS 改变了传统测绘外业的作业模式，是测绘历史的又一次重大的变革[2]。

1 项目概况

受宁东矿区地面建设及矿井开采沉陷影响，地面测量控制网受到严重破坏，直接影响地面沉降观测，基础设施标定，矿井煤柱留设、延伸和两井巷道贯通等，严重影响煤矿安全生产。从长远角度考虑，在宁东基地建立连续运行网络参考站测量系统(ND-CORS）是非常有必要的。应用卫星定位导航、现代通信、计算机等多种集成技术建设的宁东矿区连续运行卫星定位综合服务系统，为矿区内部人员及设备的管理提供强有力的快速有效的技术支持。

2 ND-CORS 系统的建立

2.1 基准站升级改造

此前，宁东矿区仅任家庄煤矿、金凤煤矿、羊场湾煤矿各有一套双星单基站CORS 系统，无法满足宁东其他矿区测量需求。因此，升级原有任家庄、羊场湾和金凤3 个双星单基站为三星基站，并经过踏勘、选址，新建枣泉、清水营和双马3 个三星基站，在神华宁煤总部升级1 个数据中心，建成宁东矿区连续运行网络参考站测量系统。

2.2 基准站设计

2.2.1 观测站点组成

图1 为站点组成示意图。

图1 站点组成

2.2.2 观测墩建设步骤

在基准站防雷装置安装调试完成后，进行基准站观测墩建设，见图2。

图2 屋顶形不锈钢观测墩实景

2.2.3 数据中心升级改造

系统控制中心置于神华宁煤集团公司信息技术中心，包括服务器室和应用室，并安装有外线电话。服务器室内安置了UPS 和网络服务器机柜，应用室用隔断分为4 个工作区域，用于放置计算机。服务器室和应用室采用中央空调系统。系统建设过程中，对机房内的线缆（电力线和网络线）进行整体布线，室内所有网线、电力线等通过固定于墙壁上的走线槽分配至各机位中[3]。

2.2.3.1 数据处理与控制中心设计

数据处理与控制中心是整个CORS 系统的核心单元，主要由内部网络、数据处理软件、服务器等组成，通过光纤网络实现与基准站之间的有线连接。推荐系统控制中心由计算机中心硬件设备和网络参考站系统软件(NRS)组成，NRS 系统软件是整个CORS系统的神经中枢[4]。

2.2.3.2 数据中心网络设计

ND-CORS 系统整个体系是以数据中心为中心节点的星形网络。各基准站为系统网络的子节点。数据中心是系统的管理与数据处理中心，它的结构和性能直接影响整个系统的运行和可靠性[4]。

3 ND-CORS 系统测试

3.1 系统网络RTK 实时动态测试

本次系统网络RTK 实时动态测试选择的控制点为29 个。测试点均分布在宁东矿区规划范围内，测试过程中所有测试点均得到固定解，内外符合精度均满足系统厘米级定位服务宁东矿区的设计需求。系统网络RTK 实时动态测试结果见表1。

表1 系统网络RTK 实时动态测试统计

3.2 系统定位精度测试

在ND-CORS 覆盖区域及周边选择29 个控制点。根据测试结果，系统定位精度测试测试点均分布在宁东矿区规划范围 内，ND-CORS 系 统 内外符合精度均达到设计指标。系统定位精度测试结果见表2。

表2 内外符合精度统计表

3.3 系统空间可用性测试

系统空间可用性测试是在达到精度指标要求的前提下，系统可能的覆盖范围。系统空间可用性测试点均分布在宁东矿区规划范围外，测试过程中所有测试点均得到固定解，最大基站距达43 km，满足系统厘米级定位服务覆盖宁东矿区的设计需求。

3.4 系统时间可用性测试

在ND-CORS 实时动态网络的覆盖范围内，选取了2 个固定点进行采集。时间可用性测试统计见表3，由测试统计结果可知，各时段系统可用性均满足规范要求的85%以上，证明系统性能达到设计指标。

表3 时间可用性测试统计

3.5 系统环境可用性测试

为测试系统在恶劣环境下的定位能力，选取在建筑密集区和有树木遮挡的定位困难区域进行网络RTK 测试。使用宁东矿区连续运行卫星定位综合服务系统BDS+GPS+GLONASS 组合网络解进行网络RTK 实时定位测量。经测试，ND-CORS 系统在定位环境恶劣区域时，无论是楼角还是树下，均可达到固定解。

3.6 系统兼容性测试

选用不同品牌接收机如徕卡、南方、中海达、华测等连接ND-CORS，看是否可以正常接入ND-CORS,并且达到固定解的状态。经测试，徕卡、南方、中海达、华测等接收机在连接ND-CORS 时，都成功接入系统，并且迅速达到固定解。并且ND-CORS 系统兼容徕卡、南方、中海达、华测等主流品牌接收机，满足系统设计要求，ND-CORS 系统为各主流品牌接收机提供定位服务时，定位时长明显缩短。

3.7 RTK 定位服务时效性测试

系统定位服务的时效性对于用户而言就是网络RTK 定位所需的初始化时间。影响RTK 作业初始化时间的主要因素包括可用卫星数、卫星分布、测站与基准站的距离和观测环境等[5]。经测试，NDCORS 系统提供的三星定位模式下定位时效性均满足设计要求[6-7]。

3.8 控制中心软件系统功能及性能测试

经对控制中心软件系统功能及性能进行测试，系统数据中心软件系统功能及性能各项测试均合格，满足技术设计书中对数据中心软件系统功能及性能的相关要求。

4 结论

根据神华宁煤的要求，在宁东矿区建立连续运行网络参考站测量系统。在原有任家庄、金凤、羊场湾各一套双星单基站CORS 系统基础上，升级原有任家庄、羊场湾和金凤3 个双星单基站为三星基站，并经过踏勘、选址，新建枣泉、清水营和双马3 个三星基站，在神华宁煤总部升级1 个数据中心，建成宁东矿区连续运行网络参考站测量系统。基建完成后，对基准站及其数据中心的各项功能进行测试，包括系统网络RTK 实时动态测试、系统定位精度测试、系统空间可用性测试、系统时间可用性测试、系统环境可用性测试、RTK 定位服务时效性测试、控制中心软件系统功能及性能测试，以上所有测试都满足技术设计书中对基准站和数据中心软件系统功能及性能的相关要求。ND-CORS 系统自2018 年10 月份投入运行至今，总体运行稳定，实时定位解算速度快、精度高，通信链路数据传输速度快，初始化时间短，测量解算快，使用方便。