（1 瑞士徕卡测量系统有限公司大中华区, 2 瑞士徕卡测量系统有限公司总部）
王贵武 吴俐民
（昆明市勘察测绘研究院）
摘 要
本文首先分析目前GPS参考站网研究和应用现状，详细介绍了徕卡公司提出的主辅站技术的基本概念和技术特点及其优势，同时也介绍了徕卡公司最新推出的GPS参考站网软件Spider性能特点。最后着重介绍徕卡主辅站技术在昆明市GPS参考站网中的应用情况和系统性能测试结果。
[关键词] 主辅站技术 GPS参考站网 VRS FKP MAX RTCM V3.0 VPN
1. 引言
GPS测量技术用于生产作业，在过去十多年中其作业模式从静态测量，快速静态测量，后处理高精度动态测量，发展到动态初始化(OTF)厘米级实时RTK测量作业。目前厘米级实时RTK技术以其高效、可靠和适用性强等诸多优点已经被用户所接受，并广泛应用于各种测绘生产作业。RTK技术优势主要体现在以下几点：野外可实时获得最终坐标，野外质量控制，室内工作量少，野外生产效率高，精度高(1-2 cm)，适合多种用途，如：放样，公路施工，机械引导等。但GPS RTK测量应用的效率仍然会涉及到RTK有效测程问题、初始化速度问题、成果的可靠性问题和长距离数据通信等问题。目前国内外对参考站网技术的研究和应用将会有效解决这些问题。徕卡公司很早就着手研究和开发参考站网技术。
徕卡公司在1995年就开始承建了世界上最早的一个高精度、多用途、连续运行的GPS参考站网，并服务于欧洲重点交通枢纽建设工程──连接瑞典奥尔曼与丹麦首都哥本哈根的跨海通道工程。在这个系统的支持下，整个工程提前半年于2000年7月竣工。
1997年徕卡公司成立以参考站产品为中心的参考站业务部。1998年起陆续推出一系列满足参考站建设的软硬件产品。近年来先后在美国，中国香港、澳门和台湾以及昆明、北京、山东、四川，欧洲比利时、爱尔兰、意大利和日本等地建立起和正在建设一批不同规模、不同配置、不同目标的多个参考站网。
2005年初，徕卡公司基于独创的主辅站技术推出新一代GPS参考站网软件系统，该系统已经在世界各地经过广泛测试和应用，克服现有参考站技术的一些缺陷，具有更多的优势。
本文首先回顾GPS RTK测量技术应用情况和徕卡公司在参考站方面应用情况。第二节主要分析GPS参考站网研究和应用现状；第三节详细介绍徕卡最新主辅站技术和参考站网软件－Spider/SpiderNET；第四、五节将介绍徕卡主辅站技术在昆明市GPS参考站网中的应用和测试结果。最后，针对昆明市GPS参考站网技术的应用给出一些结论和建议，并展望参考站网技术应用前景。
2. GPS参考站网应用现状与徕卡主辅站技术
连续运行的GPS参考站网是利用GNSS卫星导航定位技术，在一个城市、一个地区或一个国家根据需求按一定距离建立长年连续运行的一个或若干个固定GPS参考站，利用计算机、数据通信设备和互联网络(LAN/WAN)技术将各个参考站与数据中心组成网络，由数据中心从参考站采集数据，利用参考站网软件进行处理，然后向各种用户自动地发布不同类型的GPS原始数据、各种类型RTK改正数据等组成的一个网络系统。这个系统能够全年365天，每天24小时连续不断地运行，全面取代常规大地测量控制网，全天候地支持各种类型的GPS测量、定位、变形监测和放样作业。用户只需一台GPS接收机，进行野外作业，即可进行毫米级、厘米级、分米级、米级的准实时、实时的快速定位、事后定位或导航定位。由这些基准站构成的GPS网可以实现系统的数据在网内共享，对社会可根据不同需求采用公益性服务或有偿性服务。它具有全天候、全自动、实时导航定位功能。可满足覆盖区域内各种地面、空中和水上交通工具的导航、调度、自动识别和安全监控等功能，还可以服务于高精度中短期天气状况的数值预报、变形监测等。
连续运行的GPS参考站网具有许多常规测量技术所不具备的优点。首先，整个系统全自动，无需人工干预，把广大测绘工作者从繁重的手工劳动中解脱出来，大大提高了劳动生产率；引进实时GPS测量和检核技术后，从根本上避免了重复设站和超限返工问题；避免控制网的重复建设、改造和维护，提供统一、均匀和高精度的三维空间基准；一个系统同时满足各行各业不同精度层次、不同目的和不同服务方式的需求。因此，当前国内外建立这种GPS卫星定位网代替分散的、短期的、静态的定位测量已是一种趋势。
九十年代末国内外连续运行GPS卫星定位网不但可以构成国家动态大地测量控制网框架体系。也是建立城市地区动态控制网的重要方法。它可以满足城市规划、城市建设、城市管理、灾害监测、科学研究等多方面的需求，因此城市连续运行的GPS参考站网是多功能、多用途的综合服务定位网，它应是城市数字化建设的基础工程。
目前在中国地区已经建成的GPS参考站网系统有香港地区由12个站组成的GPS参考站网综合服务系统，一期主要满足事后测量用户的需要。目前两期建设已经完成，已经全面投入使用，可各类用户的需求，包括实时RTK用户；澳门地区参考站系统（目前2个站）；深圳参考站网（一期4个站）；昆明参考站网（7个站）；四川地震系统参考站网系统（8个站）。在建的参考站系统有北京、山东、天津、东莞、武汉、上海等。
2.1 国内外CORS研究现状分析
目前，国内外多CORS的研究主要集中在基础设施建设、系统自动化管理、数据采集域分发、基于网络的GNSS定位技术的开发等方面。先后出现了大量的CORS工程项目。其中具有代表性的全球和国家的项目包括：IGS跟踪站网络、美国NGS CORS、欧洲EPN永久性连续网等。国内主要有中国地壳运动观测网络CMONOC、中国沿海无线电指向标－差分定位系统(RBN-DGPS)等项目。
从这些项目可以看出，CORS的发展具有规模化和服务实时化两个重要趋势。
首先CORS项目建设都是从某地区或行业开始，逐渐域其它地区或专业组建的网络进行互联，最终形成跨行业、跨地区、跨国家的网络，从而实现原始数据的共享与交换，其互联的前提是政策的保障以及技术标准和协议上的统一。
其次，定位服务实时化是CORS的另一个发展趋势。服务实时化的基础是实现原始数据的实时传输。在美国CORS的东部区域，大部分站点实现了实时的数据传输，仅需要建立必要的服务手段即可实现实时定位服务。EPN网络中德国、挪威等国家已率先利用实时载波相位差分、网络RTK技术提供实时定位服务。相比美国CORS，EPN的覆盖范围，其实时服务还是局域性的。
与国外相比，我国在GNSS定位技术研发、工程建设水平基本持平，但基准站网覆盖范围、站点密度、服务内容等存在一定差距。此外由于管理及政策的原因，各地CORS基本处于独立运行的状态，尚未实现跨行业、跨地区的联网。
因此，建设一个地区参考站网的中远期目标要实现广域范围内的信息资源共享，提供高精度的实时定位服务等目标（刘晖，2005）。
2.2 主辅站技术(MAX)
主辅站技术(MAX)是由瑞士徕卡测量系统有限公司基于"主辅站概念"推出的新一代参考站网软件。主辅站技术的基本概念就是从参考站网以高度压缩的形式，将所有相关的，代表整周未知数水平的观测数据，如弥散性的和非弥散性的差分改正数，作为网络的改正数据播发给流动站。它是RTCM 3.0版网络RTK信息的基础。
主辅站技术的基本要求就是将参考站的相位距离简化为一个公共的整周未知数水平。如果相对于某一个卫星与接收机"对"而言，相位距离的整周未知数已经被消去，或被平差过，那么当组成双差时，整周未知数就被消除了，此时，我们就可以说两个参考站具有一个公共的整周未知数水平。网络处理软件的主要任务就是将网络中(或子网络中)所有参考站相位距离的整周未知数归算到一个公共的水平。一旦此项任务得以完成，接着就有可能为每一对卫星-接收机及为每一个频率分别计算出弥散性的和非弥散性的误差。
为了降低参考站网系统网络中数据的播发量，主辅站方法发送其中一个参考站作为主参考站的全部改正数及坐标信息，对于网络(子网络)中所有其它台站，即所谓辅参考站，播发的是相对于主参考站的差分改正数及坐标差。主站与每一个辅站之间的差分信息从数量上来说要少得多，而且，能够以较少数量的比特来表达这些信息。差分改正信息可以被流动站简单地用于内插用户所在点位的误差，或重建网络(或子网络)中所有参考站的完整改正数信息。因此，主辅站概念完全支持单向的数据通信，而且不会影响流动站的定位性能。播发数据所需的带宽可以进一步被减少，具体方法就是通过分解改正数为两个部分：弥散性的和非弥散性的。弥散性的误差是直接相应于信号的频率，而非弥散性的误差则对所有的频率来说都是相同的。由于频率相关的电离层误差是已知的，因而对所有频率(L1，L2，L5)，它可以表达成完全的改正数。另外，由于我们知道对流层及轨道误差是随时间缓慢变化的，因此非弥散性的部分不必以弥散的误差那样高速率播发，因而可以进一步降低提供网络改正数所需要的带宽。主辅站方法为流动站用户提供了极大的灵活性，能够对网络改正数进行简单的、有效的内插，或取决于它的处理能力，进行更严格的计算。
对于用户来说，主参考站并不要求是最靠近的那个参考站，尽管那样会更好一些。因为它仅仅被用来简单地实现数据传输的目的，而且在改正数的计算中没有任何特殊的作用。如果由于某种原因，主站传来的数据不再具有有效性，或者根本无法获取主站的数据，那么，任何一个辅站都可以作为主站。在任何时候，RTCM 3.0版主辅站网络改正数都是相对于真正的参考站的，因此也是完全可以追踪的。主辅站改正数包含主站的全部观测值，所以流动站即使无法解读网络信息，它仍然可以利用这些改正数据计算单基线解。主辅站技术的基本概念如下：
图一 主辅站概念
徕卡公司基于主辅站技术的参考站网软件今年年初推出以来，已经在国内香港（12）、澳门（2）、昆明（7）、江阴（9）、成都(8)、山东(7)、北京(6)、武汉大学（5）、南极(2)等地成功安装了Spider/SpiderNET软件并投入运行，效果良好。
2.3 主辅站技术优势
徕卡主辅站技术采用最新国际标准RTCM V3.0格式，支持单向和双向通讯，克服以前一直使用的方法的缺点(如误差模拟不完善，仅仅使用三个最近的参考站的信息生成网络改正数据，需要双向通讯，数据量大且不标准等问题)，将成为网络RTK的标准，可以使用单向通讯，为用户带来更大的好处。另外，对参考站和流动站设备的兼容性好。由于Spider进行全面的系统误差模拟，无网的大小限制，可用于全球，区域和地方应用，也没有网中台站的数量限制。对流动用户的数量也不限制。
徕卡公司基于"主辅站概念"新一代参考站网软件采用最新国际标准，软件结构灵活，功能强大，模块化设计和安全，可以为大型，小型，简单和复杂的参考站网的需要进行软件定制。它采用最新MAX专利技术的"主辅站方案"，大大减少数据负荷，支持单向通讯，主参考站不需要最近的站，因此如主站出现问题，另一个辅站可自动成为主站，徕卡主辅站技术提供的RTCM V3.0 MAC网络数据是相对于真实的参考站，不是虚拟的，它相比现有其它技术具有诸多优点。它是基于最新多站、多系统、多频（L1,L2,L5）和多信号非差处理算法，采用著名的LAMBDA算法和SmartCheck技术和卡尔曼滤波方法进行严格实时平差的通用软件包，提供真正的网解，并非像其他软件那样是多基线解，可用于计算参考站标准格式（Leica，RTCM V2.x，CMR，CMR+）以及最新RTCM V3.0格式的改正数据，支持单向和双向通讯，支持多个CPU，支持因特网网络RTK（NTRIP）技术。用户可直接接收徕卡参考站网的网络RTK数据，兼容性强，杰出的可靠性和性能，而且具备可扩展性。另外，Spider 利用RTK代理服务器和访问路由器，采用中心化的RTK服务机制，大大增强了系统和用户的安全性。
MAX技术具有以下特点（4M）：
* 最大的可靠性（Maximum Reliability）；
* 最优的性能（Maximum Performance）；
* 最强的灵活性和（Maximum Flexibility）；
* 最好的安全性（Maximum Security）
主辅站概念不仅仅是一种新的数据格式，更重要的它是新的第二代网络RTK方案的核心和全部，它克服了过去各种方案的所有缺点。在主辅站概念里，流动站可以获取参考站网观测得到的所有有关电离层和几何形态误差的信息，同是它能够以最优化的方式利用这些信息。流动站不再限制用户使用象VRS方案所用的简单化的插值方法，而且能够进行真正的多基线定位。SpiderNET采用了最优的非差处理内核，结合强大的安全性概念，GPS Spider全面的用户管理及记账功能特点保证了你的参考站网实现最高的投资回报，并取得流动站用户的满意。
与现有其他参考站网技术分析和对比来看，徕卡新一代的参考站网计算软件主辅站方案(MAX)更具有优势。
3. 徕卡最新的GPS参考站网软件介绍
3.1 概述
徕卡公司GPS产品拥有SmartTrack和SmartCheck最新技术，以其快速和可靠30Km常规RTK作业能力，一直在GPS测量技术方面处于领先地位。同时徕卡公司一直致力于研究新一代参考站网络RTK算法，并使其成为一个工业标准。基于"主辅站概念"的最新RTCM V3.0网络改正数据格式，克服以前一直使用的方法的缺点(如误差模拟不完善，仅仅使用三个最近的参考站的信息生成网络改正数据，需要双向通讯，数据量大且不标准等问题)，将成为网络RTK的标准，可以使用单向通讯，为用户带来更大的好处。
徕卡最新的GPS参考站网软件包 - Spider/SpiderNET具有革新的网络RTK软件先进算法和MAX技术，完全遵循国际格式标准。该软件支持NTRIP，TCP/IP，串口，电台，GSM，CDMA/TDMA，ISDN和Modem等通讯手段，可用于参考站控制、数据管理、遥控各个台站所有设备的设定和运行，而且用户可通过软件进行自动的定时数据下载、检查、编制文件及发送到不同的FTP服务器。软件也可自动检查数据质量及系统硬件的工作情况而发出不同的报警，而且 Spider 软件可以连接不同的TCP/IP 地址，系统管理员或用户可通过互联网查看各台站的运行情况，以确保系统连续运行的可靠性。由于徕卡Spider台站控制软件对数据通讯方式具有高度灵活性，具有远程遥控能力，徕卡公司的技术人员可以容易地通过互联网检查台站系统，以确保维持高质量的数据服务，提高系统维护的效率和便利性。
徕卡GPS Spider软件的设计为具有高度的灵活性，强大的功能，模块化的结构，系统绝对安全的参考站软件。这个软件能够根据所需建立的参考站网的大小，简单或复杂程度进行量身定做。SpiderNET采用了最新的非差处理算法，能够提供出色的可靠性和性能。SpiderNET已经经历了一系列广泛的检测，并在世界各地采用大量的数据集进行了测试，甚至在电离层扰动极强的期间，以及参考站之间高差特别大的地区，以确保软件高标准的性能。软件支持各种各样格式的参考站实时数据输入，其中包括徕卡的LB2格式，国际标准的RTCM格式以及各种第三方原始数据格式。 对于网络和单站RTK改正数，支持全部现有的各种改正数格式，包括RTCM 3.0，RTCM 2.x，徕卡专有格式，天宝公司的CMR及CMR+等。
徕卡GPS Spider软件包括五个关键的部件：台站服务器(Site Server)，网络服务器(Network Server)，丛服务器(Cluster Server)，RTK代理服务器(RTK Proxy Server) 以及Spider软件用户界面(Spider User Interface)。每一个"服务器"可以一起设置在一台计算机上运行，或者分别在多台计算机上运行。徕卡GPS Spider软件结构是可灵活组合的，同时允许网络处理被分配到不同的几台计算机上去处理，以减轻计算的负担。灵活的、分布式的结构也使得建立具有一定冗余度的系统成为可能，以确保网络服务的运行具有最高的可靠性。软件的运行能够充分享用多CPU的计算机的支持，全面反映了当代先进的计算技术。
3.2 网处理算法
SpiderNET内核是专门为了符合新的RTCM网络改正数信息标准的设计与开发。SpiderNET是徕卡引以为自豪的，最先进的处理算法，它使得野外流动站所用的网络RTK效益实现最大化。为了估算有关的参数，包括网络的整周未知数及大气模型，SpiderNET使用了一种在数学上最优化的观测值，它就是基于卡尔曼滤波的非差码及载波相位观测值。这种方法同传统双差为基础的处理策略相比较具有很多好处。依靠处理未经差分的观测值，SpiderNET增加了可资利用的数据的数量，降低了系统对数据缺失的敏感性，并使得系统能够更有效地估算大气及其它误差。这种方法也避免了使用GPS观测值的线性组合，诸如众所周知的宽波(Wide-lane)及消除电离层(Ionosphere-free)的组合，这些组合放大了观测噪声和多路经影响。SpiderNET以1Hz的速率更新，并连续不断地进行处理，以确保任何时候流动站用户都可以接入，获取所需要的网络改正数。
除了网络整周未知数之外，卡尔曼滤波被用来估算确定性的电离层和对流层模型，卫星和接收机时钟，以及卫星轨道。随机的模型也被用于电离层和卫星时钟，以确保这些误差被最高保真度地模型化。从IGS，AIUB或其他机构获得的预报精密轨道信息也可以被用于进一步精化解算。借助于在一个单一滤波器上估算得到的所有状态空间向量参数，SpiderNET提供了一个真正的网络解，而且不是象其它软件所提供的多基线解。
为了解算整周未知数，SpiderNET软件使用了众所周知的，并为广泛采用的LAMBDA (Teunissen, 1994)方法。它与集成在徕卡GX1230 RTK流动站接收机中的智能检核(SmartCheck)技术相兼容，SpiderNET软件连续不断地重复检核整周未知数的解，以确保它们的固定解具有最大可能的可靠性。
3.3 网络，丛网和单元
参考站网中网络的处理和主辅站改正数的分发是基于网络(Networks)、丛网(Clusters)和单元(Cells)这样一个层状系统进行的。所谓网络就是全部参考站的集合，它们组合在一起用于产生网络改正数。对于丛网则是部分台站组成的子网络，它们被一起处理，达到一个共同的整周未知数水平。对于一个小型网络，整个网络可以被认为包括在一个丛网内。对于较大的网络，可能会出现过量的计算，需要分为几个丛网，才有可能分发给若干个不同的计算机处理。网络内部的个别台站可能出现在不同的丛网之中，也就是说丛网与丛网之间允许有重叠(见图2)。在网络中的每一个丛网可以，或者不是处于同一个整数水平。单元就是一组从丛网中挑选出来的台站，由一个主参考站和若干个辅参考站组成，它们用于生成主辅站改正数(参见图3)。
SpiderNET具有自动选择测站和自动网单元选择功能。因为SpiderNET在一个单一的滤波器中处理所有的数据，所以在丛网中的每一个台站被归化到同一个整周未知数水平。对于用户来说，这就意味着在整个处理中不存在人为的约束和限制，不会象其它台站网方案那样强制规定为三个台站，因而能够很容易地允许进行最优化，确定为流动站提供网络改正数应该采用的参考站数量。为了获取网络改正数，使用五至六个参考站能够为流动站改进网络的几何形态，并帮助估算大尺度范围的大气影响。同时，利用三个以上参考站情况下，流动站将始终不会丢失它的定位，即使一个参考站由于不可靠的通信联络或其它问题，也不会使解算出现问题。徕卡GPS Spider方案与生俱来的灵活性使得未来随时可以扩展将新的模块增加进去，例如在支持GPS现代化和伽利略系统投产时带来的轨道改进和气象状态优化都可以随时纳入Spider软件。SpiderNET提供的徕卡MAX和i-MAX的工作两种工作方法。
对于主辅站改正(MAX)，在单向通信情况下，预定义单元用来播发主辅站改正数(我们称之为MAX)给流动站用户，这种单元可以由网络操作人员人工创建。流动站用户可以连接到与它们地理位置最相适应的改正服务上。取决于网络的大小，可以定义多个单元，以便最优化地播发数据，降低包含改正信息的台站数量。
在双向通信情况下，徕卡GPS Spider将自动地为所用的单元选择最有利的台站，以便为每一个流动站生成主辅站改正数。这种改正服务称为自动MAX。依靠选择最合适的单元配置，自动MAX改正使得播发改正数所需的带宽达到最小化。主参考站总是选择最靠近流动站的那个参考站。而辅参考站则选择周边的台站以便尽可能为流动站所在位置提供最好的一组改正数。借助于自动MAX，甚至大型的参考站网也能够以单一通信频道提供完全的服务。
MAX改正数包括了来自所选单元的全部信息，因此，为流动站用户提供了最高的精度和可靠性水平。借助于MAX，网络的操作员同时具有单向广播和双向通信的技术能力。
对于单独主辅站改正(i-MAX)方法，为了支持较早型号的流动站接收机，它们无法解读RTCM 3.0网络RTK信息，徕卡GPS Spider软件能够为流动站生成一组单独主辅站改正数称之为i-MAX。这些i-MAX改正数需要双向通信，并可以按RTCM 2.3及RTCM 3.0两种格式播发。与其它台站网方案不同之处在于i-MAX采用真正的参考站作为网络改正数的信息源，因而流动站接收到的改正数具有兼容性和可追踪性。
对于i-MAX，流动站提供概略坐标，GPS SpiderNET根据概略坐标找到可用的最近的参考站，然后计算出提供给流动站的单独网络RTK改正数据。根据这些改正信息，流动站可以计算出比传统非网络改正更高精度的RTK坐标。
3.4 安全性概念
徕卡GPS Spider的安全性概念已经从设计阶段就被集成于它的软件基础结构之中，同时它决不是那种事后才被增加到已有系统中去的情况。安全性概念有效地把数据分发从网络操作与计算分离了出来，因此保护关键的基础设施以及与同中心化的RTK服务相关的敏感的用户和记账一些信息。
徕卡GPS Spider安全性概念的关键部件是RTK代理服务器。RTK代理服务器是处于外部的防火墙，同时也是直接用来向用户提供改正数据的部件，使用例如NTRIP 或TCP/IP，或通过一个访问路由器。网络处理模块(网络服务器)与RTK代理服务器之间的通信只有网络服务器才能进行启动。
所有敏感的信息，例如用户名单及记账信息是存储在防火墙后面的数据库中，并且不会出现在RTK代理服务器或存访问路由器中的，这正是许多竞争对手的系统所遇到的问题。因此不管什么样的黑客企图潜入到RTK代理服务器(因为它通常都是在因特网上处于开放状态)，但是它不能够获取任何需要保密的信息或系统其它部分的信息。借助于徕卡GPS Spider，保护网络的运行和用户的信息免受黑客侵入或攻击成为轻而易举的事情，与此同时，在与现有的IT基础设施和方法系统集成中，用户所遇到的问题将是最少的。
3.5 数据分发，用户管理及记账
徕卡GPS Spider软件支持NTRIP，TCP/IP协议方式的通信，也支持串行接口方式的通信，或无线电台，GSM，GPRS，CDMA等手段，以及调制解调器等方式，另外也支持访问路由器，可能需要使用综合服务数字网ISDN网路和其它通信技术。徕卡GPS Spider软件为用户提供了一个先进的，中心化的RTK服务，它能够像从事网络改正数分发一样，从单个或最近的参考台站，以同样灵活的和安全的方式来分发改正数。
识别(Authentication)，授权(Authorization)，会计(Accounting)以及审核(Auditing)合称四A (AAAA)都已经全部集成在一个中心化的，安全而且便于使用的徕卡GPS Spider之中。网络操作人员能够指定某一个单站或网络改正数数据流发送给某个相关的用户，以便用户可以随时获取自己所需要的信息。用户的每一次接入都会被记录下来并存储在一个XML机读记录文件内。基于电话号码、NTRIP, IP地址和 NMEA GPUID标识的用户身份识别都予以支持。
4. 主辅站技术在昆明市参考站网中的应用
昆明市勘察测绘研究院经过长期调研和多家方案的比较，于2004年3月决定选用徕卡GPS参考站系统，软硬件设备包括徕卡最新参考站专业型接收机－GRX1200Pro，扼流圈天线以及最新的参考站网软件Spider/SpiderNET。昆明市连续运行GPS参考站系统分两期建设，一期由4个参考站组成，分别为赛马场站（SAIM）、昆阳站(KUNY)、嵩明站(SONG)和宜良站(YILI)，站间距平均约为60Km。所有站址均经过环境测试、网模拟测试和分析。首期四个站址均采用墩标型建设，高约3－5米。赛马场站外观如下所示：
图四 赛马场站
系统墩标建设、网络安装调试、GPS设备安装调试、数据中心安装调试于2004年10月中旬已经全部完成并投入试运行，之后开展一些系统性能测试。试运行阶段，昆明市GPS参考站系统本身运行基本正常。昆明地处低纬度地区，电离层活动较为强烈，而且站间距较长（约60多公里），为了改善下午部分时段的定位效果，对一期工程的测试结果进行了全面分析，决定第二期在网中增加了两个参考站－呈贡(CHGO)和横水塘站(HSTZ)，为屋顶型墩标，站间距平均为40Km左右，分布如图5所示。系统定位效果得到大大改善，可以满足全天连续作业。整个网覆盖面积约为6,000平方公里。
昆明市连续运行GPS参考站系统通讯系统基于VPN通讯技术，数据中心采用10M ADSL数据专线接入，参考站采用ADSL宽带（动态IP）24小时在线连接，经Internet由连接数据中心专线构建局域网。该技术在参考站系统中还是第一次应用，具有费用低，通讯稳定，安全性能好等优点。
目前数据中心配备一台HP服务器、两台拨号Modem，另外有固定IP地址可供NTRIP、Web和FTP等用途。网络RTK播发可采用拨号Modem和NTRIP两种方式。用户可采用GSM拨号，同时也可以采用GPRS/CDMA方式进行NTRIP 网络RTK定位。
图五 昆明市GPS参考站系统分布图（二期6个站）
数据中心安装有一套最新版Spider/SpiderNET V2.0，整个网解算时间一般为4－5分钟，速度相比现有参考站网软件要快得多。SpiderNET能自动选择合适的单元生成各种格式的主辅站改正数实时产品：MAX和i-MAX。系统兼容性好、网络RTK性能优异。
5. 性能测试和结果
昆明市连续运行GPS参考站系统二期工程于2005年5月全部完成。并立即在5－6月对由6个参考站组成的整网进行了多项性能测试，结果表明达到了系统各项性能指标。
参与系统测试的仪器有徕卡GPS530，徕卡GPS1230，南方S80，SmartStation(统站仪)，通讯采用GSM拨号方式。
测试工作主要包括考察参考站网的有效覆盖范围和作业能力，系统定位精度，系统可用性与可靠性，系统完备性以及兼容性等方面。
对于网络RTK可靠性分析和网络RTK可用性分析方面，该院测试了将近200个已知点，覆盖整个参考站网的设计范围。所有点均能得到网络RTK固定解，平面点位精度约为2cm，高程精度大约为4cm。
图六为网络RTK解与195个已知点平面差值统计图。
注：横坐标为流动站－参考站主站的距离，单位为km，纵坐标为平面精度，单位为cm
对于网络RTK和单站RTK的覆盖范围，在6个GPS参考站组成的网内和网外，进行了广泛测试，在网内基本都能得到网络RTK固定解，往网外20Km也能得到网络RTK固定解。
另外，对昆阳站、赛马场站、嵩明站还进行了单站RTK测试，最大作业距离为53.4Km，远远优于单站RTK 作业半径30Km的要求。
在流动用户兼容性方面，由于测试期间可供使用的GPS RTK型号有限，此次仅使用了第三方设备－南方S80 GPS RTK流动站设备，参与测试的所有点均可以得到可靠的固定解，精度在2cm左右；
在初始化时间与作业效率方面，在流动站和参考站卫星正常的情况下，流动站得到固定解的平均时间为20″左右；
通过对系统主要测试项目的统计分析，结论如下:
* 有效服务范围：覆盖参考站网区域以及网外20Km覆盖的范围，优于系统设计指标；
* 可利用性：从多次测试的结果统计为96.9%，优于设计指标95%；
* 可靠性：从多次测试的结果比较统计为100%，优于设计指标95%（注：用于统计的点的数量较少）；
* 兼容性：除使用徕卡系列产品，测试期间仅使用南方S80进行了兼容性测试，能够接收昆明网络RTK数据并能快速得到固定解（注：可供测试的设备有限）。
* 系统能提供的原始数据格式有徕卡专用格式LB2，国际通用格式RINEX；差分数据格式有：RTCM V2.0，2.1，2.2，2.3，3.0以及CMR/CMR+。
* 系统精度：网络RTK定位和单站RTK平均平面点位精度约为：2.1m。
* 供电系统：UPS电源可以保证供电60小时以上，可以保证各参考站设备连续不间断运行。
* 雷电防护：由昆明市防雷中心的检测报告可知，防雷符合标准。
* 混凝土墩标：由各参考站的竣工资料可知，混凝土墩标质量符合标准。
* 其他：系统的完备性监测功能、容错性以及系统的智能化、自动化强、信息内容丰富。数据中心和网络数据传输、GSM数据传输正常。
通过一系列的严格测试，结果表明昆明市连续运行GPS参考站系统已经能正常、成功运行，达到了系统技术设计的各项指标和要求。系统一直在试运行阶段，我院在系统通过验收后将投入使用。
6. 结论和建议
经过将近16个月的系统建设，昆明市连续运行GPS参考站系统已于2005年5月正式建设完成并投入运行阶段。通过一系列的测试表明各项技术指标已经到达或超过了技术设计中的要求。
该系统采用了LEICA最新参考站技术－主辅站技术以及最新RTCMV3.0国际标准，网络解算速度快、可靠性高、兼容性好；另外采用了基于动态ADSL宽带VPN技术的低成本通讯系统这一创新方案，试运行期间性能稳定，大大降低通讯费用。
目前，昆明市连续运行GPS参考站系统已经具备为各种用户各类应用提供不同精度要求的定位服务的能力，覆盖范围约6000平方公里，系统能连续24小时运行，性能可靠，平面精度约为2.1cm，高程精度约为4.6cm。系统采用2台拨号调制解调器，流动站可进行GSM拨号方式。系统同时已经具备NTRIP功能，流动用户可采用GPRS/CDMA通讯方式进行RTK作业。
测试结果表明，昆明市连续运行GPS参考站系统运行稳定、可靠、操作使用方便、安全性高、解算速度快、定位精度高且可靠；采用国际标准的RTK RTCM V3.0数据格式，其他品牌GPS接收机可以方便地使用昆明市连续运行GPS参考站系统播发的网络RTK改正数据，兼容性好。
建议在数据中心配备两台服务器，其中一台专用于RTK播发，一台用于参考站系统的数据处理及管理；播发设备方面，将来用户数量增加时建议采用拨号服务器，能支持多个用户拨号接入，支持多个用户同时作业。另外，尽快启动昆明市大地水准面精化工作。
徕卡主辅站参考站网技术以其诸多的优点，连续运行的GPS参考站网使用该技术在数字城市基础建设中将会得到更广泛应用，它将大大加速我国城市测量进入信息化、数字化和自动化的步伐。它同样适用于气象、监测、水利、交通、石油等应用领域，逐步构建综合性空间信息服务和应用系统。
致谢
我们非常感谢昆明市勘察测绘研究院给予徕卡公司在该项目上的大力支持和协助，同时也特别感谢欧亚公司昆明分公司的通力合作和大力协助。另外，我们特别感谢陈云波、丁仁军、杨铮龙、Ryan Keenan先生以及朱兰艳教授等提供的大力支持。
参考文献
施品浩 (2003)， "连续运行的GPS参考站网技术在矿山测量等大型工程项目中的应用"，徕卡公司技术报告，2003
Leica Geosystems，(2005)，"Take it to the MAX! - An introduction to the philosophy and technology behind Leica Geosystems' SpiderNET revolutionary Network RTK software and algorithms"，White Paper, Leica Geosystems，June 2005
N. Brown, R. Keenan, B. Richter, L. Troyer, Leica Geosystems AG, Switzerland (2005) "Advances in ambiguity resolution for RTK applications using the new RTCM V3.0 Master-Auxiliary messages"， Proc. ION GPS -2005， The Institute of Navigation， Alexandria, VA
刘晖 (2005)， "地球空间信息网络及其在连续运行参考站网络中得应用研究"，武汉大学博士论文，2005
吴星华 (2003)，"GPS RTK 最新技术与应用发展趋势"