CORS精度分析及应用.doc

111学学 号：号：201013020222 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕毕 业业 论论文文 GRADUATE THESIS 设计题目：设计题目：CORS 精度分析及应用精度分析及应用 学生姓名：学生姓名：吕炜希吕炜希 专业班级：专业班级：10 测绘测绘 2 班班 学学 院：矿业工程学院院：矿业工程学院 指导教师：汪金花指导教师：汪金花 副教授副教授 2014 年年 06 月月 06 日日 河北理工大学信息学院 - 摘 要 连续运行卫星定位导航服务系统（Continuously Operating Reference System，CORS）是利用现代计算机，数据通信和互联网技术组成的网络。实时 的向不同类型，不同需求，不同层次的用户自动的提供经过检验的不同类型的 GPS 观测值，各种改正数、状态信息以及其他有关 GPS 服务项目的系统。实现 快速实时定位、导航及时的满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、 环境监测、防灾减灾、交通监控、矿山测量等多种现代化管理的社会需求，是 城市空间数据的重要基础设施。与传统的 RTK 相比又具有作用范围广，精度高， 野外单机作业等众多优点，而受到相关行业部门的青睐，各个省市相继掀起了 建设 CORS 的热潮。 本文根据这种现状，介绍了 CORS 的发展现状和必要性，对 CORS 的工作原 理进行了详细阐述, 并就已建成的 CORS 进行精度方面的分析和探讨其误差来源， 提出相关的解决方法。通过本文的综述来使读者对 CORS 概念的理解并了解 CORS 在工程应用中可达到的精度。 关键词 CORS；网络 RTK；精度分析；误差来源 目 录 -I- Abstract Continuously Operating Reference System（CORS）is the use of modern computers, data communication and network composed of Internet technology Real- time to different type, different needs, different levels of users automatically provide proven different types of GPS observation, various correct number and status information and other relevant GPS service project system Realizing fast real-time positioning, navigation timely meet city planning, land surveying and mapping, cadastre management, urban and rural construction and environmental monitoring, disaster prevention and mitigation, traffic monitoring, mine surveying and so on many kinds of modern management of urban space needs of society, is the important infrastructure data Compared with the traditional role of RTK has wide range, high precision, field stand-alone operations by numerous advantages, such as the favor of relevant industry departments, various provinces begin construction CORS upsurge. This paper introduced the present situation and according to the current situation of the development of the CORS the necessity of CORS, with various techniques and working principle, and gives a detailed description of built on the precision CORS analyses and discusses its error sources, puts forward relevant solutions Through this paper to make the reader to the understanding the concepts of CORS and know the precision can reach in engineering application. Key words: CORS; RTK; the analysis of precision; source of error -II- 目 录 摘 要I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 CORS 技术背景1 1.1.1 现代空间定位技术代替传统测量技术.1 1.1.2 多学科技术融合促进 CORS 技术发展1 1.1.3 CORS 技术发展历程2 1.1.4 CORS 技术发展特点2 1.1.5 CORS 含义的演变3 1.2 CORS 在国内外的发展现状4 1.2.1 国外 CORS 发展现状4 1.2.2 国内 CORS 发展现状7 1.3 CORS 研究的目的.12 1.3.1 提高测绘科技水平12 1.3.2 避免测量标准重复建设12 1.3.3 提供多元化信息服务13 1.3.4 推进城市信息化建设13 1.3.5 促进 GPS 应用的研究13 第 2 章 CORS 原理及技术支持 .14 2.1 CORS 原理与结构.14 2.1.1 CORS 基本原理.14 2.1.2 CORS 基本结构.14 2.2 CORS 的特点.15 2.3 CORS 分类.17 2.3.1 CORS 分类方法.17 2.3.2 各级 CORS 关系 18 2.4 CORS 网络的技术支持.19 2.4.1 VRS 技术19 2.4.2 MAC 技术20 2.4.3 FKP 技术21 2.4.4 综合内插技术（CBI） 21 2.4.5 联合单参考站 RTK 技术 .22 2.5 几种 CORS 技术精度比较 22 第 3 章 CORS 的精度分析及误差研究 .24 3.1 GPS 静态观测校园控制点24 3.1.1.实验内容 .24 3.1.2 已有成果资料24 3.1.3 作业与技术要求25 3.1.4 坐标系统、高程系统和时间系统25 3.1.5 D 级 GPS 控制点的布设25 目 录 -III- 3.1.6 GPS 静态测量外业观测及观测数据资料的处理26 3.1.7 数据处理结果报告 .28 3.2 CORS 测量校园控制点.30 3.2.1.实验内容 .30 3.2.2 已有成果资料30 3.2.3 作业与技术要求31 3.2.4 观测及作业要求31 3.2.5 外业观测成果31 3.3 全站仪观测校园控制点 .34 3.3.1.实验内容 .34 3.3.2 已有成果资料34 3.3.3 作业与技术要求34 3.3.4 外业观测成果34 3.4 实验结果对比 .36 3.4.1 CORS 测量控制点对比静态观测控制点.36 3.4.2 CORS 测量控制点对比全站仪观测控制点.36 3.5 影响 CORS 可靠性的因素.38 3.6 提高精度和可靠性的研究39 第 4 章 CORS 在各领域及各行业的应用 .41 4.1 基础测绘 .41 4.2 一般测量 .42 4.3 工程建设 .44 4.4 自然灾害监测和地壳运动监测 .45 4.5 气象预报 .45 4.6 地理信息数据采集 .45 4.7 交通管理和监控 .46 第 5 章 总结47 参考文献.48 谢 辞.50 河北联合大学矿业工程学院 -0- 第 1 章 绪论 1.1 CORS 技术背景 1.1.1 现代空间定位技术代替传统测量技术 传统大地测量和工程应用测量是采用测角、测距和测高仪器经行外业观测。 其主要缺点是要求点间通视，受到光线和电波信号衰减的影响，导致测量距离 有限，劳动强度大，工作效率低。由于地球曲面的影响，即使通视性和视距可 达到要求，最大距离也不可能太大，因此早期的大地测量网和控制测量网都是 采用三角测量网的建设方式。每个三角的边长在 2025km 左右，布设方法困难。 特别在山区，三角网布设的工作量非常大，在城市地区布设低等级的三角控制 网也十分困难，且作业效率非常低。 20 世纪 50 年代开始，随着空间技术的不断发展，先后出现了子午卫星定 位技术、多普勒卫星定位技术、GPS 卫星定位技术、GLONASS 卫星定位技术、 VLBI（甚长基线干涉测量）测量技术和 SLR（卫星激光测距）测量技术。特别 是 20 世纪 80 年代中后期，随着 GPS 定位技术的快速发展，各国采用 GPS 定 位技术进行大地测量和工程应用测量，大大提高了外业工作效率和成果精度， 同时减轻了劳动强度，逐步替代了传统测量技术。 1.1.2 多学科技术融合促进 CORS 技术发展 20 世纪 90 年代开始，随着以空间技术、计算机技术、电子通信技术及网 络技术为代表的现代科学技术的迅速发展，特别是“3S” （全球定位系统 （GPS） 、地理信息系统（GIS）和遥感（RS） ）技术的飞速发展，传统测绘技 术开始了一次全新的技术革命。尤其是 GPS 定位技术与现代通信技术相结合， 在大地测量领域实现了里程碑式的跨时代发展。 各国大地测量学家就如何促进 GPS 定位技术民用化进行了深入研究，加速 了 GPS 应用技术的发展，不断地完善 GPS 定位技术相关的数学模型。同时， 也为 CORS 技术的发展奠定了理论基础和主要数学模型，如载波相位差分、 VRS（虚拟参考站）和 MAC（主辅站）等结算方法都是 GPS 应用发展的结果。 GPS 技术发展的同时，各种高科技也得到了迅速的发展。特别是计算机软 硬件技术和网络通信技术的发展，是 CORS 通过通信网络把 GPS 参考站组成一 个局域网络，实现 GPS 数据快速传输和处理，能够实时为 GPS 用户提供差分 第 1 章 绪论 -1- 改正信息数据。1 1.1.3 CORS 技术发展历程 20 世纪 80 年代，加拿大提出 CORS“主动控制系统”理论，并于 1995 年 建成第一个 CORS 台站网。早期 CORS 的应用由于受到当时通信技术和解算技 术的限制，未能在实时定位方面提供服务，主要应用于大地测量控制网和地球 板块运动监测。其缺陷主要表现在参考站数量少，服务功能单一；参考站设备 落后，数据存储量小；参考值之间只能构成数学理论网络，无法实现数据交换 和融合；应用范围小。 20 世纪 90 年代开始，由于 DGPS 技术的发展和 RTK 测量技术的出现和逐 步普及，出现了一些依靠无线电波进行差分改正信息发布的永久性参考站，即 RTK 单参考站，能够在近距离范围内为用户提供 RTD 伪距相位差分服务和 RTK 载波相位差分服务，即现代 CORS 的雏形。它的出现和应用逐步改变了传 统测量作业模式，较大地提高了测绘作业效率。这个时期的 CORS 的特点是为 用户提供单向通信的实时差分数据服务；参考站间相互独立存在，无数据交换； 已经开始逐步用于其他工作领域。 进入 21 世纪以来，由于计算机技术和网络通信技术的飞速发展，CORS 得 到不断发展和壮大，世界很多发达国家纷纷建设国家级。区域级和城市级的 CORS。1999 年，我国深圳率先建成 SZCORS，随后全国多个省、市开始着 手建设省、市级 CORS，逐渐形成了“城市省全国”的 CORS 网络格局。 CORS 已广泛地应用于不同领域、不同精度的空间定位领域，逐渐发展成为现 代 CORS。 1.1.4 CORS 技术发展特点 现代 CORS 把各参考站通过数据中心的联合通信组成了有机的网络、差分 数据解算发展到采用多参考站的联合解算，如 VRS、FKP 和 MAC 等解算技术； 用户广泛。应用范围扩大，服务方式多样化；有完整的服务体系，为社会各方 提供丰富的相关服务。实现了由点到面、从单一差分信息服务扩展到多种信息 服务。 1)由点到面 早期的 CORS，采用的是一个参考站，通过单个参考站进行广播差分数据 发送服务，这种 CORS 服务范围小。精度较低，且服务能力有限，其服务是典 型的“点”范围的服务。CORS 发展到中期，出现了多个参考站联合组成一个 河北联合大学矿业工程学院 -2- CORS 网络，但是由于没有先进的通信技术支持和数据中心的统一协调，其服 务方式还是多个点独立进行服务。这种 CORS 虽然服务范围获得较大提高，但 是服务方式和差分解算方法与原有单个参考站基本相同，精度没有大的提高， 服务能力有限。 进入 21 世纪以后，由于互联网技术和计算机技术的迅速发展，为 CORS 的 发展提供了强大的动力，CORS 实现了各参考站的通信互联和数据共享，以 CORS 数据中心为大脑，各个参考站形成一个总体有机网络，极大提高了 CORS 的可靠性和服务范围，并在该基础上实现采用多参考站数据和基准建设 数据模型，计算高精度的差分信息。 无线通信技术的提高，可以实现无线互联网技术，为 CORS 进行控制数据 播放和综合服务提供了可能。CORS 也可以通过无线互联网实现点对点的查分 数据传输，即根据不同的用户发送不同的差分数据，并在该基础上，增加各种 位置信息相关的综合服务，极大提高了服务的可靠性和多样性。 未来 CORS 网络发展趋势是进一步完善 CORS 网络，提高参考站之间传输 率和传输可靠性，并逐渐实现网络的智能化。 2)由单一服务到综合服务 CORS 早期单参考站只进行差分信息广播发布服务，服务方式单一，基本 不能向外界提供原始观测数据。CORS 联合参考站建成后，大多数情况下也只 能提供差分播发服务，并有限地提供一些其他服务，如气象预报数据服务。后 差分数据服务等。 互联网和计算机等技术的发展，为 CORS 扩展服务提供了条件，主要包括： 先进的通信技术为参考站到数据中心的数据传输提供了先进的链路。 服务器和数据存储设备提供了数据存储空间和解算设备。 路由器。防火墙等设备实现了网络路由和数据分流。 先进的网络 RTK 技术和数学模型实现了整网高精度解算。 网络技术实现了点对点的差分数据发送服务和数据下载服务。 先进的软件技术为 CORS 实现实现综合服务提供了软件基础。 进入 21 世纪以后，全球各地的 CORS 逐渐发展成为多功能的综合服务系统。 CORS 以网络 RTK/RTD 服务为主，数据下载服务为辅，应用扩展到了气 象数据服务。定位监控服务、基准统一服务和精密数据解算服务等内容。 第 1 章 绪论 -3- 1.1.5 CORS 含义的演变 在 20 世纪 90 年代，科学家提出 CORS 概念时，目的是要建立永久性的卫 星参考站。最初，CORS 建设的主要内容是参考站的建设，因此早期 CORS 的 含义为 Continous Operation Reference Stations，即连续运行参考站。后来随着互 联网技术和计算机技术的发展，推动了 CORS 技术的进步，CORS 的各个参考 站连接成为有机网络，并采用数据中心进行数据解算和服务，形成一个有机的 系统，这时的 CORS 不仅仅是参考站，而是以参考站为节点组成的系统， CORS 的含义转为 Continous Operation Reference Stations，即连续运行参考站。 随着计算机信息技术和相关技术的不断发展，CORS 目标是以 GPS 参考站 组成的网络为基础，以数据中心为核心，除提供高精度位置服务外，还提供各 种综合服务。随着 GPS 应用技术和网络技术的发展，其服务方式和服务范围将 不断扩大，并逐渐建立完善的服务体系。CORS 的含义由连续运行参考站系统 演变成为连续运行卫星定位综合服务系统（Continuously Operating Reference System） 。2 1.2 CORS 在国内外的发展现状 1.2.1 国外 CORS 发展现状 随着全球卫星定位技术、计算机技术、网络和通信技术的迅速发展，建立 区域卫星定位导航服务网络取代传统的静态定位控制网是今后实时导航定位的 发展趋势。国外 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 GPS 定位技术的开发等方面。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、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。在 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 技术提供实时高精度定位服务。 目前，国外已广泛应用这一技术的国家主要有美国的连续运行卫星导航定位参 考站系统（CORS） ，它覆盖全美（包括阿拉斯加） ，构成新一代动态国家参考系 统；加拿大的主动控制网系统（CACS） ；德国的卫星定位与导航服务计划 （SAPOS） ，日本的 GPS 连续应变监测系统（COSMOS） 。 (1) 美国 CORS CORS 在美国建设得最早，发展也最快，居于世界各国之首。美国主要有 3 个大的 CORS 网络系统，分别是国家 CORS 网络、合作 CORS 网络和加利福 河北联合大学矿业工程学院 -4- 利亚 CORS 网络。目前，国家 CORS 网络有 688 个站，合作 CORS 网络有 140 个站，加利福利亚 CORS 网络有 350 多个站，并且以每个月 15 个站的速度增长， 超过 155 个组织参加了 CORS 的项目。美国国家大地测量局（NGS） ，美国国家 海洋和大气管理局（NOAA）的国家海洋服务办公室分别管理国家 CORS 和合 作 CORS。NGS 的网站向全球用户提供国家 CORS 网络参考站坐标和 GPS 卫星 跟踪观测站数据，30d 为原始采用间隔的数据，30d 后为 30s 采样间隔数据，此 外 NGS 网站还提供网上数据处理服务（OPUS） 。 美国 CORS 建设得任务有以下几点： 使全部美国领域内的用户能更方便地利用该系统来达到 cm 级水平的定位 和导航。 促进用户利用 CORS 来发展 GIS。 监测地壳形变。 支持遥感的应用。 求定大气中水汽分布。 监测电离层中自由电子浓度和分布。 合作 CORS 的数据可以从美国国家地球物理数据中心下载，CORS 的数据 和信息包括接受的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS 星历、站 四周的气象数据等，并且所有数据向合作组织自由开放。 (2) 日本 CORS 日本国家地理院（GSI）从 90 年代初开始，就着手布设地壳应变监测网， 并逐步发展成日本 GPS 连续应变检测系统（COSMOS） 。该系统的永久跟踪站 平均每 30km 一个，最密的地区如关东、东京、京都等地区是 1015km 一个站。 到 2005 年底，已经建设 1200 个遍布全日本的 GPS 永久跟踪站，该系统一般为 不锈钢塔柱，塔顶放置 GPS 天线，塔柱中部分层放置 GPS 接收机、UPS 和 ISDN 通信的调制解调器（Modem） ，数据通过 ISDN 网进入 GSI 数据处理中心， 然后进入因特网，在全球内共享。 COSMOS 构成了一个格网式的 GPS 永久阵列，是日本国家的重要基础设 施，其主要任务有以下几点。 建成超高精度的地壳运动监测网络系统和国家范围内的现代“电子大地控 制网点” 。 系统向测量用户提供 GPS 数据，具有实时动态定位（RTK）能力，完全取 代传统的 GPS 静态控制网测量。 COSMOS 主要的应用有地震监测和预报；控制测量；建筑、工程控制盒监 测；测图和地理信息系统更新；气象监测和天气预报。 第 1 章 绪论 -5- (3) 德国 CORS SAPOS 是德国国家测量管理部门联合德国测量、运输、建筑、房屋和国防 等部门建立的一个长期运行的、覆盖全国的多功能差分 GPS 定位导航服务体系， 是德国国家空间数据基础设施。它由 200 多个永久性的 GPS 跟踪站组成，平均 40km 一个站。其基本服务是提供卫星信号和用户改正数据，使用户得到 cm 级 精度水平的定位和导航坐标。SAPOS 采用区域改正参数（FKP）的方法来减弱 差分 GPS 的误差影响，一般以 10s 的间隔给出每颗为卫星区域改正参数。 SAPOS 把德国的差分 GPS 服务按精度、时间响应和目的分成了四个级别。 实时定位服务（EPS） 。 高精度实时定位服务（HEPS） 。 精密大地定位服务（GHPS） 。 与美国的 CORS、加拿大的 CACS 一样，SAPOS 构成了德国国家动态大地 测量框架。 (4) 加拿大 CORS 加拿大有一个主动控制网系统（CACS） ，它由加拿大大地测量局和地质测 量局负责维护和运行。到 2006 年 5 月，CACS 拥有 14 个永久性跟踪站、12 个 西部变形监测站和 20 个区域主动控制站。通过分析多个参考站的 GPS 数据， 监测 GPS 完好性和定位性能，计算精密的卫星轨道和卫星钟差改正，提供有效 的现代空间参考框架，提高 GPS 应用的有效性和精度。利用 CACS 提供的精密 卫星星历、精密的卫星钟差改正和参考站的观测值，在加拿大的任何位置使用 单台接收机可获得一个 cm 级m 级精度的定位结果。 (5) 澳大利亚 CORS SydNet 是 2003 年在澳大利亚悉尼市建立的 CORS 网络，已经建成 8 个永 久性参考站。使用光纤连接到数据中心，数据处理和发布中心位于 Redfern 的 澳大利亚技术园（ATP） 。 用户配备单台 GPS 接收机和无线网络通信设备，就可获得 cm 级的实时定 位结果。该系统不仅可以为土地测量控制服务，取代地区的测量控制网，还是 一个可以在通信、用户应用方面进行网络 RTK 技术研究的开放实验室。 (6) 澳大国际 GNSS 服务系统（IGS） 国际 GNSS 服务系统（International GNSS Service,IGS） ，即以前的国际 GPS 服务系统。这是一个由 200 多个成员组成，并实现高精度参考站资源和数 据共享的世界性资源联盟。IGS 致力于提供高质量 GNSS 标准的数据和产品， 用于支持科学研究、多学科应用和教育等。IGS 包括两个卫星系统，GPS 卫星 河北联合大学矿业工程学院 -6- 和俄罗斯的 GLONASS 卫星，统称为 GNSS。IGS 被认为是最高精度的国际性 民间 GPS 组织。 IGS 无偿向全球用户提供各种 GPS 信息，如 GPS 精密星历、快速星历、预 报星历、IGS 站坐标及其运动速率、IGS 站接收 GPS 信号的相位和伪距数据、 地球自传速率等，这些信息支持了大地测量和地球动力学方面无数的科研项目， 包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、地壳运动、高分辨率的推算地 球自转速率及其变化等。IGS 提供的主要服务和数据有以下几种。 三类轨道。一是最终（精密）轨道，要在 1012d 以后得到它，常用于精密 定位；二是快报轨道，要在 1d 以后得到，它常用于大气的水汽含量、电离层计 算等；第三类是预报轨道。GPS 星钟偏差方面的数据，由两个 IGS 分析中心提 供。IGS 在近 200 个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准有 70 多个，其中的 30 个使用氢钟，20 个使用铯原子钟，20 个使用铷原子钟，其余 的使用 GPS 内部的晶体振荡器。 极移和世界时信息。IGS 公布最终的每日极坐标（x,y） ，其精度为 0.1mas，快报的相应精度为0.2mas。GPS 作为一种空间大地测量技术，本 身并不具备测定世界时的功能。但是，由于 GPS 卫星轨道参数和世界时相关， 也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是世界时的时间导数，因此 IGS 扔 能给出每天的日常（LOD）值。目前，由于 IGS 各观测站数据传输以及数据处 理方法的改进，使求定章动项和高分辨率的极移，由过去的 1d1 次提高到每 2h 一次。 连续运行站的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。 测定短期章动。3 1.2.2 国内 CORS 发展现状 我国著名科学家陈俊勇院士和刘经南院士曾经指出建立 CORS 的重要性和 意义，并提出我国 CORS 建设的方法和方向，同时筹划建设国家级别的 CORS。国务院于 2007 年 9 月 20 日发布国务院关于加强测绘工作的意见 （国发200730 号）中指出， “十一五”期间，开展卫星定位连续运行参考站网 建设，改建或扩建大地控制网、高程控制网和重力基本网，加快形成覆盖全部 国土、海陆统一的高精度现代测绘基准体系。 为了满足国名经济建设的需要，我国加快了连续运行卫星定位综合服务系 统（CORS）建设的步伐。2003 年，深圳市率先建成了 CORS，全国各个地区 也开始陆续建设了一批城市甚至省级的 CORS，并逐渐形成了“地区省全 第 1 章 绪论 -7- 国”的 CORS 网络。已建成系统并投入使用的有香港、深圳、北京、天津、武 汉、昆明、柳州、成都、重庆等城市；已建成区域级的有北部湾（广西）经济 区；省一级正在建设或已经建成的系统有广东省和江苏省。国内不同行业也陆 续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，其中著名的有中国地震局牵头 建设的中国地壳运动监测网络，交通部建设的沿海差分站网系统，信息产业部 建立的电离层监测网络及连续运行参考框架网络，上海地区以监测气象参数为 主的观测网络和深圳市城市连续运行参考站网等。 我国在 GPS 定位技术研发、工程建设方面达到了国际先进水平，但参考值 网的覆盖范围、站点密度、服务内容等与国外存在一些差距。目前，各地 CORS 基本处于独立运行的状态，多数地区未能实现跨行业、跨地区的联网， 个别地区出现了不同主管部门同时建设 CORS 的重复投资现象。此外，建设 CORS 的技术标准化也是一个急需认识和尽快解决的问题。 (1) 中国 RBNDGPS 系统 沿海无线电指向标差分全球定位系统（Radio Beacon Differential GPS，RBN-DGPS）是一种新型、高精度、全天候的海上导航定位系统，是中 国海事局的重点建设项目。中国沿海 20 个 RBNDGPS 基准台站已全部建成， 并于 2002 年 1 月 1 日零时起全面开通，正式向公共用户无偿提供服务。 为适应国民经济、国际贸易和社会发展的需要，满足航行在我国主要港口、 重要水道和沿岸的海上共众用户对导航服务的需求；满足国防、海洋测绘、海 洋石油开发、海洋渔业、海洋资源调查、海上交通安全管理、疏浚、引航等和 其他需要高精度导航服务的用户需求。中国海事局结合我国国情，在分析我国 沿海无线电指向标现状及存在的只要问题的基础上，借鉴和吸收国际先进经验， 参照国际组织有关标准、规定和建议，于 1995 年制定了中国沿海 RBNDGOS 系统建设规划。规划根据各海区特点，采用无线电指向标差分全球定位系统 的成熟技术。充分利用现役无线电指向标站的设施，统一部署，分期实施，在 国家“九五”期间建成中国沿海无线电指向标差分全球定位系统。信号完全 覆盖中国沿海海域，使之成为一种国际标准化、现代化的助航系统。 根据这一规划，统筹考虑我国航行水域现状，并结合周边国家和地区的情 况，从 1995 年2000 年，中国海事局分三期在我国沿海地区共建设 20 座 RBMDGPS 台站，按规定强度信号覆盖（或多重覆盖）整个沿海水域和部分 陆域。监控台与基准台和播发台同步建设、且同一台址。第一期台站包括大三 山、秦皇岛、北塘、王家麦、大戢山和抱虎角，共 6 座，与 1996 年改造建成； 第二期台站包括燕尾港、石塘、镇海角、鹿屿、三灶、硇洲岛和三亚，共 7 座， 河北联合大学矿业工程学院 -8- 与 1998 年建成；第三期台站包括老铁山、成山角、蒿枝港、定海、天达山、防 城和洋浦、共 7 座，与 2000 年建成。 RBMDGPS 建设较早，属于初级的 CORS，它是中国地壳运动观测网络 建成之前我国最大的 CORS。RBNDGPS 系统具有定位精度高、覆盖范围广、 使用方便、不收费等优点，现已用于海洋测绘、航道测量、航道疏浚、船舶进 出港及狭窄水道导航定位、海上交通安全管理、航标定位、海上石油勘探、海 洋资源调查、海上救助、捕捞、海洋渔业及其他海上作业。它在国家海岸线测 量项目（“908”专项）中应用，取得了良好的效果。 (2) 中国地壳运动观测网络 中国地壳运动观测网络（Crustal Movement Observation Network Of China，CMONOC）是由中国地震局牵头，中科院、总参测绘局、国家测绘局 共同参与建设，旨在以服务地震预测预报为主，兼顾国家大地测量和国防建设 的需要，同时服务于气象预报、电离层监测、海平面监测和 GPS 导航等领域。 该网络一期工程已于 2000 年 12 月 25 日投入使用，共建设了遍布全国的 25 个连续运行 GPS 参考站（包括国家测绘局的已建站） ，平均站距 800km。所 有站按照 30s 采样间隔记录数据，每天传至分析中心，实现了上述四个部门的 数据共享。目前，第二期工程也已经启动，国家气象局和教育部也加入到这一 工程中，并计划在全国建立 200 多个永久性参考站和 1000 多个监测站。 中国地壳运动观测网络建成后将成为我国最大的 CORS,将使我国对地壳运 动的监测精度提高了三个数量级，观测效率提高几十倍，所产出的大范围和时 空密集的地壳运动数据，将成为地球科学定量研究的基础，为我国地球科学发 展提供丰富的基础数据资源，并与美国 GPS 观测网、日本 GPS 观测网在世界 形成三足鼎立之势。 (3) 北京 CORS 北京市全球卫星定位综合应用服务系统（Beijing GPS Integrated Application and Service System，BGIAS）是北京市“空间数据基础设施”的重要组成部分。 它的宗旨是在北京地区建立综合性全球导航卫星系统（GNSS）应用服务网，把 卫星定位系统这一高新技术用于北京市城市规划、市政建设、交通管理、城市 基础测量和工程测量、天气预报、地震及地面沉降、灾害监测、农业和林业资 源环境管理等，实现一网多用。 整个系统由北京市及河北省境内的 28 个连续运行参考站组成的参考站系统、 管理系统、监测系统、服务系统及用户系统五部分组成。涉及各种硬件、管理 控制软件、通信传输、网络系统、数据库、数据库处理等众多领域，是集设计、 第 1 章 绪论 -9- 开发、集成为一体的综合应用服务系统。 (4) 上海 CORS 上海 GPS 综合服务网由 14 个地面 GPS 参考站、50 个高精度大地测量控制 点、20 个地面变形监测点、一个中心处理站、一个气象工作站和一个大地测量 工作站组成。14 个地面 GPS 参考站分布为上海地区 5 个，周边江、浙、皖地区 共 9 个，为了综合利用，这 9 个参考站均设在当地气象站内。中心处理站设在 上海天文台，GPS 气象工作站设在上海中心气象台，GPS 大地测量工作站设在 上海市测绘院。14 个参考站作为永久站，每天经行 24h 的连续观测，并将 GPS 观测数据实时传播至中心处理站经行处理。上海周边的 9 个 GPS 站，平时经行 常规观测，在上海三维大地测量控制网和地面沉降监测网进行布测和复测时， 集中回上海经行观测，任务完成后仍回原地进行常规观测。上海地区综合性 GPS 应用服务网，在上海布设为上海地理信息系统（GIS）服务的 5 个 GPS 参 考站，连续实时地发播高精度 GPS 跟踪数据，通过与中心站结果的对比和检核， 保证其完好性。它为以上海市为中心方圆 70km 的范围内提供有效的定位和导 航服务，加上上海测绘院拥有的各种精度和各种类别的上海地区电子地图集， 将为建立上海地区的车载（包括车辆、舰船和飞机等）导航 GPS 产业奠定基础。 上海 GPS 综合服务网的主要特点是自成系统。该网建有独立的 GPS 卫星 精密定轨、预报和钟差改正等完整的资料处理软件系统，使该网在上海地区的 GPS 应用服务完全不受美国对 GPS 采用的 SA 技术和 AS 技术降低定位和导航 精度的影响，保证该网长期发挥其稳定和完好的应用价值。上海 GPS 综合服务 网应用于上海地区的气象服务、大地测量、工程测量、地壳变形和地面沉降的 监测以及城市地理信息系统（GIS）等领域。它以上海为中心，能全天候地提高 长江三角洲地区的可将水汽量的变化信息，分辨率从原来的 12h 采样一次提高 到 30min 一次，站点分布也由原来的 300km 以上下降到 100km 左右。 它作为上海市信息化管理的基础设施，能一网多用，为促进上海地区经济 持续、快速和健康地发展提供了全方位的服务。 (5) 香港 CORS 香港 GPS 多功能台站网，其基础设备包含 12 个 GPS 参考站，覆盖整个香 港地区，它分两期进行建设，第一期 6 个参考站已于 2001 年建成，采用徕卡公 司的 6 台 CRS1000 接收机和专用的软件系统；第二期已于 2004 年完成，新建 了 6 个 GPS 参考站，并升级香港原有 GPS 网络的系统设备和软件，把原有的 徕卡公司的 CRS1000 接收机更换为 SR530GPS 接收机。 新系统包含了下一代徕卡 GPS 网络软件包 SPIDER 和 GNSMART，已进行 河北联合大学矿业工程学院 -10- 远程操作、数据收集、验证和发送、它以区域纠正参数（FKP）和虚拟参考站 （VRS）模式，为现场用户生成和传送的大气纠正 RTL 数据流，以实现更大范 围的 RTK 精确定位。因而，可以通过无线通信（如 GSM/CDMA/GPRS 和互联 网） ，每周 7d 全天候地检索经过验证的 DGPS 或 RTK 数据流，以更加经济高效 的方式，精确完成各种定位应用。 香港多功能台站网可广泛应用于各种测绘和施工放样，建筑物（如大楼、 桥梁、水坝等）动态形变和地面沉降等检测，快速降水分析等气象预报，港口 船只引港，地面交通调度、监控及飞机着陆等精密导航，并可通过因特网、 GSM 移动通信、调制副载波等数据传输手段，提供实时、准实时和事后的数据 分发和处理服务。 (6) 深圳 CORS 深圳 CORS（SZCORS）于 2003 年建成，它是我国建立的第一个实用化的 实时动态 CORS，由深圳规划与国土资源局出资，武汉大学 GPS 工程中心承建。 SZCORS 当时由 4 个 GPS 参考站、1 个系统数据中心、1 个用户数据中心、 若干用户应用单元。数据通信系统 5 个子系统组成，各子系统互联，形成一个 分布于整个城市的局域网或城域网。它的实时定位精度可达到平面 3cm，垂直 5cm。网络实时动态定位采用 VRS 技术，系统的数据服务分两种方式，通过访 问服务器以 GSM 或 GPRS 数据通信方式向用户提供实时精密定位服务；通过 Internet 网络向用户提供精密事后处理的数据服务，并发布系统工作状况、新闻 等动态信息。 (7) 四川 CORS 四川 GPS 观测网络（GPS Observation Network of Sichuan，GPSONS） ，是 主要为监测地震服务的 CORS。它由四川省地震局承建，其数据中心位于四川 省地震局办公大楼内，负责数据传输、常规管理，并承担专门的数据处理与信 息发布任务。它是一个以全球卫星定位系统观测技术为主，结合精密重力和精 密水准测量构成大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。 四川 GPS 观测网络由 GPS 基准网、区域网，数据传输发布与处理分析系统三 大部分组成。基准网有 4 个 GPS 连续观测参考站，区域网由 40 个不定期复测 的 GPS 观测参考站组成。自 2002 年 4 月开始进行调研，2004 年 6 月建成 4 个 基站，平均站间距约 70km，控制面积约 6000km范围的系统覆盖。网络的主要 技术指标基准网相邻站间 GPS 基线长度年变化率测定精度优于 2mm。 (8) 昆明 CORS 昆明市 GPS 台站网是当地的 CORS。它首期建设 4 个站，站与站之间相隔 第 1 章 绪论 -11- 4050km，覆盖面积约 3000km，主要为基础测绘服务。 整个站台网由多个连续运行的 GPS 参考站组成。每个 GPS 参考站包括 GRX1200 接收机和 AT504 扼流圈天线，特殊设计的稳固测云墩标，蹲标倾斜 仪，电饵，调制解调器以及其他辅助设备。参考站通过通信网络与数据中心相 连接。数据中心由 5 个子系统组成，包括数据传输系统、质量检测系统、数据 处理系统、数据存储系统、数据发放系统、昆明市 GPS 台站网为城市规划、国 土管理、地籍管理、工程建设、环境监测、防震减灾、交通管理、气象监测等 各种社会信息化管理需求提供了强有力的支撑和良好的服务。 (9) 江苏 CORS 江苏省连续运行参考站网络（Jiangsu Continuously Operating Reference Station，JSCORS）是我国首批地区（省）级的连续运行的参考站网络系统，它 在全省范围内建立永久性参考站，通过网络互连，构成新一代的网络化的大地 测量系统，不仅可以向各级测绘用户提供共精度、连续的时间基准，并可向导 航、时间、灾害预报等部门提供各种数据服务。 该项目于 2006 年 7 月正式启动，2007 年初完成。JSCORS 通过在全省范围 内建设 70 个左右连续运行参考站，在江苏省内建立一个高精度、高时空分辨率、 高效率、高覆盖率的全球导航卫星综合服务网。4把 GNSS 这一高新技术综合 应用于大地测量、工程测量、气象监测、地震监测、地面沉降监测以及城市地 理信息系统等领域，以满足日益增长的城市综合管理和建设的需要。 (10) 北部湾 CORS 北部湾 CORS(简称 BBWCORS)是广西第一个 CORS，全称为北部湾（广 西）经济区连续运行卫星定位综合服务系统，是广西测绘局“十一五”期间重 点建设项目之一。2006 年 8 月，开始进行项目论证评估，2007 年 3 月正式开始 开工建设，2008 年 8 月系统建设完成。系统在南宁、北海、钦州、防城港地区 建设工 13 个永久性卫星参考站和 3 个数据中心。各参考站观测数据通过专用数 据通信网传送至管理中心，经过处理，通过专业网或因特网，按不同需求实时 或非实时向用户发布 GPS 测量数据及差分数据，以满足不同行业、不同用户对 精密定位、快速和实时定位、测速、测方位、测量位移及测量气象参数的要求， 满足城市规划、国土管理、城乡建设、基础测绘、灾害监测、环境监测、防灾 减灾、精细农业及交通管理等多种现代化、信息化管理的需求、它也为建立全 广西连续运行卫星定位综合服务系统提高了建设经验和技术积累。 河北联合大学矿业工程学院 -12- 1.3 CORS 研究的目的 1.3.1 提高测绘科技水平 利用 CORS 提供的实时和事后定位服务，用户能够实现快速、高精度、 空间三维定位测量；大大提高了外业工作效率和成果精度，减轻了测量工 作人员的劳动强度；改变了传统测量工作模式，从整体上提高了我国测绘 科技水平。 统一测量基准 CORS 建设为区域测绘工作提供一个统一的测量基准，并为精化似大地 水准面数据服务奠定基础。CORS 数据中心的建成，能为测量用户提供实时 和事后的测量基准传递服务，实现区域测绘成果的基准统一，能够很好地 解决不同行业（部门）测量基准系统差异问题。 1.3.2 避免测量标准重复建设 随着城乡经济建设速度的加快，各等级测量控制点遭破坏日趋严重。 为了满足经济建设的需要，各部门不得不经行控制点的重复布设，陷入了 “建设破坏建设”的恶性循环，同时造成了人力、物力的浪费。 CORS 建设目的就是在服务区域范围建成能够永久保存的、连续运行的 参考站网络，作为该区域测绘工作的高精度参考框架网。通过数据中心提 供的实时和事后基准传递服务，用户可以快速建立临时性的测量控制点， 满足经济建设的需要。另外，相对常规测量标志的保护与修复而言，CORS 建成后其维护费用要低的多，能够节省大量的基础测绘经费，具有较好的 社会效益和经济效益。5 1.3.3 提供多元化信息服务 CORS 的建立将为国民经济建设与社会生活提供多元化信息服务。它可 以满足各类不同行业、不同用户对精密定位、快速和实时定位、测速、测 方位、测量位移及测量气象参数的要求；满足城市规划、国土管理、城乡 建设、基础测绘、灾害监测、环境监测、防灾减灾、精细农业及交通管理 现代化、信息化管理的需求；可以对工程建设进行实时、有效长期的变形 监测，对灾害进行快速预报；为城市诸多领域如气象、车辆导航定位、物 体跟踪、公共消防、测绘、GIS 应用等提供精度达 cm 级的动态实时定位服 务。 第 1 章 绪论 -13- 1.3.4 推进城市信息化建设 CORS 是“数字城市”地理空间框架建设的重要组成部分，由此建立城 市高精度、动态、空间三维的地心坐标参考框架，为城市地理空间数据快 速采集与更新提供了技术支持，对推进城市信息化建设，提供“数字城市” 建设和管理具有积极作用。 1.3.5 促进 GPS 应用的研究 连续运行卫星定位综合服务系统（CORS）源于 GPS 卫星技术的发展， 反过来，CORS 的建设也会促进 GPS 应用的研究，推动 GPS 向更高水平发 展。 第 2 章 CORS 原理及技术支持 -14- 第 2 章 CORS 原理及技术支持 网络 RTK 差分定位服务是 CORS 最主要的应用，也是 CORS 建设的主要 目的。早期的 CORS 采用单站 RTK 方式进行广播差分数据发送服务，这种差分 解算和服务方法与普通 RTK 基本相同，服务范围小、精度较低、使用限制多且 可靠性差。 随着 CORS 网络的形成，以多个参考站数据为网络差分数据计算提供了基 础，形成了各种网络 RTK 的差分算法，极大提高了差分解算的服务范围、精度 和可靠性。 2.1 CORS 原理与结构 2.1.1 CORS 基本原理 CORS 基本工作原理是利用 GPS 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