如何利用地震GPS监测网构建福建省CORS网络

摘要： 在福建省地震GPS监测连续观测站台网的基础上，运用VRS技术，充分利用先进的CORS软硬件构架，提供可靠的、均匀的高精度GPS测量服务。通过对国内外CORS网络与传统RTK的应用对比研究分析，为福建省CORS网络的建设、推广应用提供理论及实践依据。

Abstract： On the basis of continuous observation platform of Fujian Province earthquake GPS monitoring network， this paper uses VRS technology， makes full use of the advanced CORS software and hardware structure， to provide reliable， uniform high precision GPS survey service. Through the contrast analysis of CORS network and traditional RTK application at home and abroad， this paper provides theoretical and practical basis for the construction of CORS network， popularization and application in Fujian province.

关键词： GPS；连续观测台站；CORS；VRS

Key words： GPSS；continuous observation stationsS；CORSS；VRS

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）32-0191-03

0 引言

近几年来，随着建设“海峡西岸经济区”构想的提出及实施，基础建设力度及广度都进一步加大。如此快速的城市建设，势必对控制点造成比较大的破坏，尤其是常用的GPS-C、D、E级控制点，通常3-5年其中的大部分就需要重新布设，至于埋设在普通路面的导线点、图根点破坏就更大了，基本上一二年就没有了，为了满足测绘工作需要，各单位或主管部门必须花费大量的人力物力重新布设，势必造成人力物力的大量浪费。

如果能建立起CORS网络，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。可以在工程建设过程中提供实时、有效、长期的GPS定位服务。还可为车船导航定位、公安消防、GIS应用等其他行业提供精确定位服务。因此，笔者通过对国内外CORS网络与传统RTK的应用对比研究分析，提出在福建省地震GPS监测连续观测站台网的基础上建设福建省CORS网络的思路。

1 CORS网络介绍

CORS是Continuous Operational Reference System的缩写，意思是连续运行卫星定位服务综合系统。随着GPS技术和计算机技术的快速发展和应用普及，CORS网络技术在测绘工作中的优势已越来越明显，已成为了GPS应用及发展的主要趋势。它是结合了GPS技术、计算机技术、网络通信技术等发展前沿的高新技术产物。

CORS网络由基准站（至少3个）、系统控制中心、数据通信网络、用户应用子系统（即移动站终端）四个子系统组成（如图1）。各基准站与数据处理中心之间通过专用的有线数据传输网络连成一个整体，构成专用的基础网络。

1.1 CORS基准站 CORS基准站是CORS网络的数据源，各基准站用双频GPS接收机获取卫星的载波相位、伪距等原始数据观测值，并通过专用数据传输网络实时地将数据传到系统控制中心。

1.2 系统控制中心 系统控制中心作为整个系统的核心部分，运行有GPS解算软件，担负着控制、监控、下载、处理、和管理各基准站GPS发来的原始数据。同时还要计算并向用户CORS网络改正数据。

1.3 数据通信网络 数据通信网络的通信链路采用GSM、CDMA或GRPS数据通信与移动用户通讯。实时发送CORS网络改正数到移动站用户。

1.4 用户应用子系统（移动站） 按照应用领域，可分为测绘与工程用户（厘米、分米级），车辆导航亚米级用户系统，米级用户系统等。

CORS网络技术的发展及应用彻底改变了原来由用户自己架设基准站这种常规的RTK作业方式，对比常规RTK作业方式，CORS技术具有无可比拟的优势，主要体现在以下几个方面：①缩短了RTK测量中仪器的初始化时间；②CORS网络覆盖面积的扩大使得有效的工作范围迅速增大；③基准站构成网络，有效的消除了系统误差和周跳，增强了作业中接收的差分信号数据的可靠性；④用户不再需要单独架设基准站，只需购买移动站就可以进行作业，减少了设备投入费用；⑤使用GSM、GPRS、CDMA等成熟的数据通讯网络，增强了数据可靠性；⑥连接了INTERNET网络，可实现数据的远程共享服务；⑦扩大了GPS实时动态定位技术应用范围，如可为车辆、飞机和船舶提供精密导航服务。

2 CORS网络常用技术方式

目前应用较广的CORS网络技术有虚拟参考站（即Virtual Reference Station，缩写为VRS）和区域改正参数法 （即Flchen korrektur parameter，缩写为FKP）技术。其各自的数学模型和定位方法有一定的差异，但在基准站架设和改正模型的建立方面基本原理是类似的。下面就两种主要技术方式做简要介绍。

2.1 VRS网络工作原理和流程如下：

①每个基准站都通过专用传输网络将观测数据传到系统控制中心；

②控制中心通过实时在线解算各基准站观测数据并建立误差模型；

③移动站将测得的位置坐标通过无线网络（如GPRS、CDMA等）传送给控制中心，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择一组最佳的固定基准站，根据这些基准站传输回来的数据，对GPS的各项误差进行整体的改正，并将计算后得到的高精度的差分信号发送给移动站。这个差分信号的作用相当于在移动站旁边几米到几十米的位置架设一个参考站，只是这个参考站是虚拟的即虚拟参考站（VRS）。通过内插的方式计算得到各项误差的改正值，并将这一改正值通过无线网络发给移动站用户，移动站用户根据这一改正值对测得的当前点位坐标信息进行重新计算，得到精确的高精度成果；

④移动站与虚拟参考站之间构成一条短基线，移动站接收到控制中心发送的差分改正信息或者虚拟观测值，通过差分解算可得到移动站厘米级的精确位置。

2.2 FKP技术介绍 FKP技术和VRS技术的系统组成都是一样的，都是由基准站、系统控制中心、用户数据中心、用户应用子系统（即移动站）、实时数据通信网络五个子系统组成。区别在于在最后定位方法上有所不同，VRS技术是利用虚拟观测值和移动站观测值做单基线解算，而FKP技术则是利用改正后的观测值做单点定位解或加入各基准站做多基线解，也可以说VRS在确定虚拟参考站的观测数据时就是一个FKP定位的反解。

3 国内CORS网络发展概况

几年来，国内不同行业已经陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，目前，为满足国民经济建设信息化的需要，一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统，一个连续运行参考站网络系统的建设高潮正在到来。

深圳市建立了我国第一个连续运行参考站系统（SZCORS），目前已开始全面的测量应用。全国部分省、市也已初步建成或正在建立类似的省、市级CORS系统，如：广东省、江苏省、北京、天津、上海、广州、东莞、成都、武汉、昆明、重庆等。

四川地震局建立的CDCORS，已经运行三年多，原本主要目的是用来做监控四川地区地震灾害，但是通过对其潜在功能的挖掘，在GPS大地测量方面开发利用，通过授权拨号登录，对外开放网络使用权，实现用户GPS实时高精度差分定位，取得了一定的收益。

4 福建省CORS网络建设

福建省地震局已经建设好地震GPS连续监测台站38个，组建成覆盖全省的地震监测网络，并已投入运行。如图2所示。

东南沿海22个基准站址间距最小12km，最大98km，平均47km。基准站分布密度能满足网络RTK平均70km作用距离的要求。

在闽西及闽北16个基准站间距最小38km，最大151km，平均85km。基准站分布密度较稀，站间边长较大，不能满足网络RTK的需要，需适当加密。

在GPS连续观测站及数据控制中心均具备的情况下，利用移动、联通等通信网络建立起GPS数据实时通信网络，即可建成覆盖全省范围的CORS网络。

在福建省连续运行的GPS网络系统内，通过数据通信网络，可24小时连续地向各类需要测量和导航的用户提供厘米级的定位精度的信号。将彻底改变传统的平面控制测量方法，今后的控制将不再需要布设大量的测量控制点，大面积的控制测量也不需要采用分级布网、逐级控制的传统测量模式。若利用全省已有的一、二等水准网、重力网，对全省进行高精度的大地水准面精化，GPS技术结合高精度、高分辨率大地水准面模型，将可以取代传统的水准测量方法测定正常高，真正实现GPS技术在测绘上高精度、快速地三维定位。以满足绝大部分地区直接使用RTK仪器进行测绘的要求。

对需要更高精度的用户，可通过授权获取系统各基准站原始观测记录数据、星历数据和原始气象数据等。通过GPS差分后处理，获得毫米级的高精度定位成果，可用于地表沉降及高层建筑物的形变监测、城市地壳形变监测等。

对于大多数流动站用户来说，用户不需要再单独架设自己的基准站，只需要购置一台GPS接收机再加上其他无线数据通讯工具或系统，就可以满足工程监控、船舶导航、车辆管理、公用事业等不同行业用户对精密定位、快速定位、实时定位以及导航的要求。同时，在防震减灾方面，建成的GPS连续观测台网，利用IGS数据和精密星历解算处理GPS连续观测台网数据，可以获取同一坐标系中各站的坐标及其变化，得到站点点位位移、位移速率结果及点位变化时序图等数据资料。在大震发生前后，可启动应急观测方案，实时获取GPS连续观测台网观测资料并进行处理，为灾害的预测或救灾服务。

5 结束语

综上所述，通过在GPS连续观测站台网的基础上添加数据发播系统和用户应用系统，就能够利用GPS连续观测站台网的优良基础，多快好省的建立一套福建省CORS网络系统，服务于防震减灾、城市基础建设及测绘基础控制。

CORS网络技术的发展将给地表沉降及高层建筑物的形变监测、城市地壳形变监测、控制测量、地形测量、工程设计放样等行业提供比传统RTK更加先进的测量手段，也将会为福建省的基础建设提供更加有利的条件。同时，以福建省地震监测GPS连续观测站台网为基础，建设覆盖全省的CORS网络系统，充分利用了已有基站和数据处理中心，避免了重复建设，最大限度地节省了经费，缩短建设时间。

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