龙海奎 白锋 李群林
（乌鲁木齐市城市勘察测绘院，新疆，乌鲁木齐 830000）
通过对乌鲁木齐连续运行卫星定位综合服务系统建设和应用中的关键问题的分析、处理，从技术、施工等几个方面保证系统建设的高精度、高目标的实现，论证系统的先进性、可靠性、实用性。
[关键词] 卫星定位 参考站系统 建设 分析
1、前言
在《国务院关于加强测绘工作的意见》中指出“加大基础测绘工作力度，全面推进数字中国地理空间框架建设”。目前北京、上海、武汉、昆明、成都等城市先后建设了能够提供全天候、实时、高精度定位的连续运行卫星定位综合服务系统，实现了城市建设动态信息化管理。基于城市规划、建设和管理的基础测绘服务需要，乌鲁木齐市城市规划管理局组织实施了乌鲁木齐连续运行卫星定位综合服务系统建设项目，也是“数字首府”建设的地理框架基础工作，提高了城市规划、建设和管理的测绘技术保障能力，提升了城市的管理水平。本文结合系统建设，进行一些技术探讨。
乌鲁木齐连续运行卫星定位综合服务系统(Urumqi Continuous Operational Reference System,简称URCORS)建设及应用，本着“技术先进、立足勘测、实用经济、可靠高效”的原则，系统利用卫星导航定位、计算机技术、大地测量、数据通信和互联网络等技术，在乌鲁木齐市和昌吉回族自治州地区根据城镇分布按一定距离（50公里左右）建立长期的连续运行的七个固定卫星定位参考站的网络系统，系统采用了先进的连续运行GNSS卫星定位服务系统技术，是集主辅站(MAX)技术、VRS和FKP技术于一体的综合服务系统，覆盖了乌鲁木齐市、昌吉市、阜康市，五家渠市网内面积约5000平方公里，网外控制面积11000平方公里。由卫星基准站、数据通讯链路（基准站与数据处理中心数据通讯、数据处理中心与用户部分的数据通讯）、数据处理(监控)中心、用户数据中心、用户等五个子系统构成，能为区域内的用户提供实时、全天候的、精确的空间三维定位服务。项目从2008年4月启动，2008年9月底建成。目前系统正在运行中，服务于城市勘测工作。
2、建设过程
2.1、技术方案
RCORS建设，主要考虑乌鲁木齐地区，兼顾周边昌吉州、五家渠市，布设了七个卫星定位参考站，站点之间的平均控制在50公里。由于乌鲁木齐地区地广人稀，选点工作困难，既要考虑用电，又要站点安全。在数据共享的前提下，和气象部门合作，选择乌鲁木齐天山区气象局、达坂城区气象局、五家渠市气象局、阜康市气象局观测场建站，由于场地环境、用电、安全管理等原因，在昌吉市、乌鲁木齐县板房沟镇、乌鲁木齐市柴窝铺湖等地与企业、政府、学校协商，选择参考站建站。明确了参考站的站点的分布，如图：
2.2、系统选择
根据目前国内武汉、南京、南宁等城市的连续运行卫星定位参考站技术应用的情况，考虑乌鲁木齐地处边疆，交通不便，技术服务难度大的原因，选择徕卡（leica）、天宝（trimble）两大运营商的GNSS系统设备作为备选系统，通过在乌鲁木齐地区的模拟测试和测试数据分析，两大系统技术指标均满足系统设计要求。依据技术保障和其他条件，最终选择主辅站技术的连续运行GNSS卫星定位参考站系统。
2.3、建设
2.3.1、选点
根据连续运行卫星定位综合服务系统建设的技术方案，对区域内的七个参考站点进行了踏勘，前期和气象部门的合作，分别去了达坂城区气象局、五家渠市气象局、阜康市气象局、昌吉市气象局、乌鲁木齐县板房沟镇气象观测场、乌鲁木齐市白杨沟气象站、乌鲁木齐市柴窝铺湖气象站等地踏勘，针对用电、安全管理和数据通讯等方面进行调研，确定了在乌鲁木齐市勘测院、达坂城区气象局、五家渠市气象局、阜康市气象局等观测场拟建站，同时协调在昌吉市中油新疆储运分公司、乌鲁木齐县板房沟镇政府、乌鲁木齐市柴窝铺中心小学合作建站。
2.3.2、环境测试
对拟选的七个参考站点进行了24小时的连续GPS观测环境测试，通过对电离层、对流层、多路径效应等测试数据的分析，发现所有拟建点只有勘测院办公楼观测环境较差，调整到乌鲁木齐天山区气象局观测场。
2.3.3、建设
经过测试，确定了系统参考站的观测天线墩建设地点，根据环境、位置和数据传输等因素，确认了四个地面观测天线墩：天山区气象站、达坂城气象站、阜康市气象站、五家渠市气象站等观测场，三个屋顶观测天线墩：昌吉中油新疆储运公司办公楼、板房沟镇政府办公楼、柴窝铺小学教学楼等的楼顶，办公楼层数均低于五层。
考虑系统运行的长期性，根据乌鲁木齐的地质土壤构造和房屋顶层结构，结合建设地点，设计了地面观测天线观测墩的设计图和屋顶观测天线墩的设计图，虽然乌鲁木齐地处欧亚干旱地区，雷电少，但考虑天线避雷，对防雷设施的进行了设计。根据设计方案进行了参考站天线观测墩的施工建设，保证了地面观测墩和屋顶观测墩的施工、防雷、设计立面的统一，外形美观大方。
2.3.4、安装
根据技术设计方案，在参考站施工完成后，进行天线的安装。由于是卫星接收天线，对磁北方向、水平、防雷等都有要求，根据技术要求，安装前后都用磁北针、水平仪认真检查，仔细校准，保证天线的准确安装，正常运行。同时按防雷要求安装了避雷针，并对防雷设施进行了验收。
2.3.5、环境测试
在系统试运行中，对系统的七个参考站点的运行环境进行了测试，测试数据说明每个站点的多路径效应、电磁场影响都在限差内，整个系统的电离层、对流层的分析图的影响指标较低，满足系统设计要求。
3、构建基准
3.1、水准测量
根据设计要求，按国家二等水准测量联测了七个参考站，提交了七个参考站的1956年黄海高程系（正常高系统）二等水准联测成果。联测路线如图：
3.2、框架坐标解算
通过实地踏勘发现乌鲁木齐地区内的A级GPS控制点破坏严重，系统框架坐标联测采用基站和国家西部测图的连续运行参考站联测的方案进行。首先获取2008年9月16日～10月8日间系统七个基站点板房沟站（BFGZ）、昌吉站（CHJZ）、柴窝堡站（CWPZ）、达坂城站（DBCZ）、阜康站（FUKZ）、五家渠站（WJQZ）和天山区站（URMZ）的观测数据。然后收集国家西部1：5万地形图测图所建的GPS连续运行站：乌什（WUSH）、德令哈（DLHA）、花土沟（HUTG）、若羌（RUOQ）、且末（QIEM）、民丰（MINF）、和田（HETI）、鼎新（DXIN）和IGS站乌鲁木齐（URUM）等9个GPS连续运行站的观测数据。
内业数据处理采用美国麻省理工学院的GAMIT/GLOBK软件，参考基准为2000国家大地坐标系，进行框架数据处理计算，得到乌鲁木齐地区的国家2000大地坐标系成果。参考站CGCS2000框架坐标联测点位分布如图：
3.3、 GPS联测
控制网GPS联测在区域内均匀选择了55个点，其中一等三角点五个，二等三角点六个，一等水准点3个，其余点均为城市C级GPS点，采用徕卡GX1230 GG 和徕卡SR530接收机基于参考站观测模式进行观测，时段长5～8小时，点位分布如图。
利用所测的GPS控制点CGCS2000坐标数据，与原有的GPS控制网数据进行联网平差，求得区域内的所有GPS控制点的CGCS2000坐标，考虑目前区域大地水准面精化工作还没有开展，应用坐标数据，分区解算不同区域的坐标三维转换模型。
4、应用
4.1、测试
利用参考站24小时的观测数据进行测试，对参考站系统的电离层模型和对流层模型进行分析，综合评价系统的运行环境。并进行了流动站兼容性测试、集中区域测试、整网测试、网外测试、系统完备性测试、空间可用性测试、时间可用性测试等，通过数据分析，乌鲁木齐连续运行卫星定位综合服务系统七个参考站站点观测环境优良。系统建设达到：
1) 系统控制中心及各参考站运行稳定、可靠；
2) 通信线路稳定、延时小,优于技术设计；
3) 系统的网络RTK覆盖范围广，达到了建设目标；
4) 系统网内定位精度分布均匀，接收机初始化时间短,优于技术设计；
5) 系统网外定位精度拓展范围大，在网外近40公里处，系统运行的各类指标达到技术设计要求；
6) 在高速网络RTK测试中，系统能做到快速初始化，同时保持接收机数据流的稳定、可靠；
7) 系统能够兼容各主流品牌GNSS设备，测试数据和结果很好；同时整体网络解算模型残差小于0.01米，满足用户高精度实时定位的需求。
4.2、应用领域
乌鲁木齐连续运行卫星定位综合服务系统的建成后，建立了全自动、全天候、全时域的连续测量体系，为社会各类GPS（GNSS）应用提供统一的基础地理框架平台，可以用于城市规划、土地勘测、工程测量、地震监测、市政工程、水利电力管线等行业和领域。目前主要应用在城市规划测量的定验线、拨地测量、竣工测量和工程测量、国土勘测等工作中，极大地提高了城市勘测的工作效率和基础测绘快速反应能力和保障水平，提升了乌鲁木齐地区乃至新疆的测绘科学技术水平，起到了示范作用；推动了乌鲁木齐地区的信息化建设水平。
系统运行后仪器使用率提高了50%，人员利用率提高了近35%，节省了成本，提高了工效。由于构建了统一的连续的测绘框架基准，无需在进行三等以下控制点的恢复，仅此一项就可节约维护资金约100万左右，实现“一个平台，一次投资，多种服务”的效果。
5、结论与建议
5.1、结论
在系统建设过程中精艺求精，严把质量关，整体建设指标达到了设计目标。主要特点是：
1、建立西北第一个高寒、高纬度、区域卫星定位综合服务系统。采用双频双星扼流圈天线、基于主辅站概念的网络RTK先进算法、RTCM V3.1最新标准格式发布网络差分数据等技术，建立了实时接收GPS与GLONASS卫星信号的连续运行卫星定位系统，解决了在乌鲁木齐地区11000平方公里的范围内进行实时高精度定位的问题。实际测量数据表明：水平方向精度优于1.5cm，高程方向精度优于2.5cm，是国内目前高纬度、高落差地区定位精度最高的CORS。
2、应用连续运行GNSS定位技术，构建了乌鲁木齐地区高精度动态框架基准，并建立了区域分区各种坐标系统的转换模型，解决了乌鲁木齐地区的不同坐标系统的高精度转换问题。
3、采用SDH数字电路光纤、中心机房使用运营级以太网交换机控制技术，建立了高效能的系统通讯系统。组成专用通讯网络的技术，减少了参考站设备的负荷，解决了系统对数据传输要求延时性小、稳定性高的问题。
4、采用建筑设计标准，设计出了符合北方冻土层厚、季节温差大的建筑施工条件的天线墩施工和设备安装的方法。解决了在北方地区的卫星天线墩的变形和沉降大、稳定性差的问题，实现了系统的卫星天线标柱体稳定、造型美观统一的目标。
5.2、建议
系统运行以来，服务于城市规划建设、市政建设、国土管理的测绘保障工作中，各项技术指标完全满足项目建设目标。为提高系统的应用水平，建议：
1、 开展系统的社会化服务研究，为社会提供FMHDS、GPRS、CDMA等多种形式的差分数据广播服务。同时为交通、安保、物流等行业研发精密导航定位服务。
2、 结合URCORS的参考站的原始观测数据，开展区域性气象预报研究，提高乌昌区域的气象预报水平。
3、 开展多层次的技术服务，丰富URCORS系统用户，提高URCORS系统的数据服务质量。建立事后数据的网络下载平台，拓宽技术服务领域。
4、 开发与乌鲁木齐市基础地理信息平台（GIS）的地理数据连接，动态服务于城市信息化建设。
参考文献
（1） 现代大地控制测量。施一民。测绘出版社，2003
（2） 2000国家大地坐标系。魏子卿。大地测量与地球动力学，第28卷，第六期
（3） 应用GAMIT/GLOBK 软件进行高精度GPS数据处理，鄂栋臣等，极地研究，2005，VOL17，NO3，P173-179。
（4） 启用2000国家大地坐标系实施方案。国家测绘局。
（5） 我国大地测量及卫星导航定位技术的新进展。程鹏飞等。测绘通报，2007，第2期。
作者简介
龙海奎 1987年毕业于武汉测绘科技大学，高级工程师，从事测绘技术管理和3S技术的应用。
白 锋 1998年毕业于新疆工学院，工程师，从事3S技术的研究应用。
李群林 1993年毕业于中南工业大学，高级工程师，从事生产经营和技术管理以及3S技术的应用。
通讯地址：乌鲁木齐市西虹西路292号 邮编：830000 乌鲁木齐市城市勘察测绘院