CORS系统研究进展报告

CORS系统研究进展汇报06月25日星期四早晨09:21CORS系统研究进展汇报摘要：近几年CORS系统是业界研究方向热点之一。文章首先引入了CORS技术意义及优势，在宏观方面，介绍了世界各地NRTK分布和工作情况；微观方面，介绍了NRTK组成和工作原理。详细说明了现在占主导地位VRS，MAC，FKP技术特点，以及他们之间区分和联络。而后介绍了在西南交通大学黄丁发教授等提出VENUS系统及其NRTK中参数估量，改过数生成及公布等方面应用新技术。关键字：NRTK，CORS，VRS，MAC名词解释：（读该文需要知道词）CORS：ContinuouslyOperatingReferenceStation连续参考站VRS：VirtualReferenceStation虚拟参考站技术TrimbleGPSNet：VRS软件系统MAC：Master-AuxiliaryConcept主辅站技术LeicaSpider.NET：mac软件系统FKP：FlchenKorrekturParameter区域改过数技术ITRF/S：InternationalTerrestrialReferenceFrame/System国际陆地参考框架/系统NGS：NationalGeoditicSurvey美国国家大地测量局USCG：UnitedStatesCoastGuard美国海岸警卫队FAA：FederalAviationAdministration美国联邦航空局USACE：theUnitedStatesArmyCorpsofEngineers美国工程兵团CACS：CanadiaActiveControlSystem加拿大主动控制网系统EUREF：EUropeanREferenceFrame欧洲参考框架SAPOS：Satellitenpositionierungsdienst德国CORS网络GeoNeT：日本CORSCOSMOS：CosmologicalEvolutionSurvey日本连续应变监测系统ARS：AugmentationReferenceStation增强参考站技术VENUS：Vrs-EnhancedNetworkUtilitySolution增强VRS网络处理方案（ARS应用软件系统）正文：1.

CORS系统现在情况概述1.1连续运行参考站作用连续运行基准（参考）站网络系统（FUChongGNSSIntegratedServiceSystem简称FCGISS）是在一定范围内建立若干个连续运行永久性基准站，经过网络互连，组成网络化GNSS综合服务系统，能够为各级测绘部门提供高精度，连续空间基准，并可向导航，时间，灾害部门提供各种数据服务。同时也能够为交通管理，城建，工程施工，气象，监测，土地资源调查等等，几乎任何需要位置信息部门或者单位服务，提供准确位置信息。

图1：IGS全球参考站分布科研方面，IGS遍布全球GPS连续运行站网络是大地测量学主要基础设施，其采集数据支持电离层，气象，陆地参考框架，精密时间传递，高分辨率推算地球自转速率及其改变，地壳运动等方面研究，现在最为主要是贡献是实现了ITRF建立，目前ITRF是国际参考标准且为各国坐标框架体系建立提供了主要参考依据。1.2连续运行参考站世界分布情况简述1.2.1北美地域

图2：美国CORS网络分布美国CORS网络（图2）始建于上世纪90年代早期，由NGS跟踪站网，海岸警卫队USCG差分网，联邦航空局FAAWAAS网，工程兵团USACE跟踪网等137个GPS基准站组成了CORS雏形，截止到9月，CORS站点达成了1154个，按照其增加速度来看，直到现在5月为止，文章估量其数目现在已超出1400个。加拿大主动控制网系统CACS，截止5月，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1.2.2欧洲地域

图3：欧洲陆地参考框架EPN（图3）覆盖整个欧洲大陆，由连续观察高精度GPS/GLONASS接收机组成若干站组成，是欧洲参考框架EUREF建立基础，后者建立与于1987年，是由多国参加实现精准地理参考大地测量基础，用于处理欧洲参考框架定义，实现和维持，其贡献在于ETR89欧洲陆地参考系统EVRS欧洲垂直参考系统。其中值得一提是德国SAPOS网（图4），该网由德国国家测量部门联合德国测量，运输，建筑，房屋等部门差分GPS计划协调统一起来，建立了一个长久连续运行，覆盖全国多功效差分GPS系统，同时SAPOS也组成了德国国家动态大地测量框架，计划由200个永久性GPS跟踪站组成，平均密度40km。

图4：德国SAPOS网络1.2.3亚洲地域亚洲地域比较成熟网络是日本GeoNET（图4），其前身是由日本国家地理院GSI从上个世纪90年代初开始布设用于地壳应变监测COSMOS系统，后者主要用于地震监测和预报，控制测量，建筑及工程测量。该网密度较大，平均密度20km，最密地域如关东，东京，京都等达成了10～15km，到年底已经完成了1200个连续运行参考站。

图5：日本COSMOS连续应变检测系统1.2.4其余地域澳大利亚CORS网络完成度也比较高。

图6：澳大利亚SydNet1.3我国NRTK建设情况概述我国连续运行参考站建设主要经历了2个时期，建设早期（1992年-）主要是以国家层面需求出发，以建立国家大地基准，开展地球动力学研究和关于大气探测研究为主要任务，建设单位包含国家测绘局，总参测绘局，中国科学院，中国地震局，中国气象局等，国内第一个GPS永久性跟踪站于1992年建立于武汉，用于全球陆地参考框架定义以及GPS卫星轨道确定，而后分别在北京（1995），拉萨（1995），乌鲁木齐（1995），咸阳（1997），西宁（1998），哈尔滨（1999）和海口（1998）等地建立了GPS连续运行参考站，和国外参考站目标一样，主要目标就是建立国家大地基准控制，为我国坐标框架建设提供参考依据。

进入二十一世纪以后，因为GPS连续运行参考（基准）站本身技术优势及建设成本，难度下降，由中国地震局，总参测绘局，中国科学院，国家测绘局，中国气象局和教育部等六部委联合向国家发改委申请“中国大陆环境结构监测网络”项目经过比准，该项目将在全国建成260个GNSS连续运行参考站，最终形成全国最大连续运行参考网系统。现在已在深圳，北京，天津，上海，成都，重庆，长春，昆明，武汉，香港等城市建立了区域性连续参考网，江苏省，江西，广西等省现在也拥有省内CORS网络。

图7：中国地壳运动观察网1.4CORS区域网络工作原理介绍区域性CORS网络组成如图所表示这是一个比较简单CORS网络示意图，实际情况比这个要复杂多，只能大约说明CORS网络工作方式。系统方面：该网由3个连续运行且坐标已精准已知参考站组成，全天不间断接收GPS卫星原始观察RAW数据，经过信号传输通道（有线）到主控站，主控站不停依照送来观察数据，结合IGS快速精密星历进行平差，计算该区域内各种误差改过模型（主要包含针对流层，电离层和卫星轨道等误差改过）。用户方面：用户用接收机要利用CORS网络进行精准定位，首先要开机，利用无线网络（通常是GPRS或者CDMA，也能够用GSM）与主控站进行链接，链接建立以后，向主站发送伪距观察值（遵照NMEA-0183标准，估算用户概略位置），主控站收到用户请求后，依照用户位置为基础，解算相关误差改过值（这一步概述如此，实际上不一样技术之间所采取方法不一样，稍后讨论），遵照RTCM标准，经过无线网络发送给用户，这么，用户在NRTK区域内即可取得厘米级定位精度。

图8：CORS网络工作原理示意图1.5CORS区域网络构网原理介绍CORS是NRTK数据平台，参考站布设直接影响到NRTK含糊度解算效率和参数估量精度。（1）.空间均匀性：

平面方向，高程方向均匀布设，能够提升空间相关误差内插精度。（2）.尺度因子：

CORS站点间距。间距越长，覆盖范围大，但站点空间相关误差相关性小，内插精度低。

图9：昆明NRTK网络故乡即使山多，不过网型组成还是挺好，听说系统工作情况也比很好。2.CORS技术特点及组成现在占主导地位NRTK技术是VRS和MAC，其余还有FKP技术，但据本文所知，FKP现在只有德国SAPOS网络在使用，覆盖面较窄，有兴趣能够参考相关文件，该章重点介绍VRS和MAC。二者在网络参数估量方法，改过数生成，公布方法和流动站段计算量等方面各不相同。在我国所建成个各个区域NRTK网络中，深圳，成都，武汉，广州连续运行参考站系统所采取是TrimbleVRS技术，香港，昆明，重庆及江苏省连续运行参考站网络采取是LeicaMAC，了解不一样技术特点和工作方式是不一样类型网络兼容性研究基础。

图10：我所搜集到国内区域NRTK构网阵营及时间2.1MAC工作特点

图11：MAC技术特点MAC技术使用是单差散射和非散射相位改过数形成压缩差分信息。其改过模型由流动站设备自定义，详细步骤以下：（1）

从连续运行参考站传输原始数据到AC；（2）

估量参考站双差含糊度；（3）

选定一个主参考站和n各辅助参考站，若能获取流动站位置，则参考站位置能够优化选取。（4）

计算主参考站和辅助参考站间单差空间相关误差；（5）

单差空间相关误差分解为非散射误差和散射误差项；（6）

将非散射误差项按不一样发送率传输到流动站；（7）

流动站按自定义控件相关误差区域模型计算本站与各个参考站空间相关误差；（8）

使用计算空间相关误差改过流动站相位观察值并经行精密定位。其实现软件是Leica企业Spider和Spider.NET。2.2VRS工作特点图12：VRS系统工作原理VRSNRTK定位步骤以下：（1）

从连续运行参考站传输原始数据到AC；（2）

AC利用流动站发送NMEAGGA数据，在流动站概略位置处建立VRS；（3）

选取距离流动站最近参考站作为主参考站；（4）

利用网络参数建立空间相关误差模型，估量流动站与主参考站间空间相关误差；（5）

利用流动站与主参考站间空间相关误差和主参考站观察值建立虚拟观察值；（6）

利用标准RTCM协议将虚拟观察值和VRS坐标传输到流动站进行差分定位。VRS技术实现软件是Trimble企业GPSNet。通常情况下VRS采取单基线作为独立结算单元，估量双差电离层延迟和相对天顶对流层延迟湿分量等网络参数。2.3两种技术不足之处简析对于VRS技术，其使用结算单元为单基线模式，没有充分利用其它参考站点多出观察值，流动站需与AC间进行通信，增加数据流量，加重系统负担。利用伪距观察值确定一个主参考站，若主参考站发生故障需另外选取，服务将会中止。而在MAC技术中，与VRS相同也需要选取一个主参考站，AC解算多个参考站改过数及其位置都需要传送到移动站，加重传输负担，且在网络条件不好情况下易增加延迟，影响实时定位。3.现在CORS技术国内动态3.1ARS技术ARS技术由西南交通大学黄丁发教授等人提出来NRTK新技术，在SIGN中测试试验，现在取得了良好效果。该VENUS系统是以VRS技术为基础，具备自主知识产权高精度网络差分实时动态定位方案，对于我国网络GPS技术自主创新具备主要意义。3.2VENUS系统构架

图13：VENUS系统组成系统系统结构如图，，所表示，包含了数据采集子系统、数据传输子系统、数据处理子系统、数据公布子系统和应用子系统。数据采集子系统由空间上不一样分布组成，负责原始观察数据采集。数据传输子系统由各种网络设备组成，包含交换机、路由器、无线接入设备、调制解调器、工控机和租用传输线等。作用是在与参考站间或与用户间传输实时控制信息和数据信息。应用子系统是基于位置服务应用系统，由支持协议设备或设备提供实时定位数据。数据处理子系统是该系统关键部分，该部分经过CORS原始数据实时解算含糊度并估量网络参数，建立空间相关误差区域模型。数据公布子系统也是系统关键部分之一，主要使用原始数据、网络参数（产品）和不一样用户概略位置生成VRS观察值，并对其进行RTCM编码。经过Internet传输基于NTRIP协议编码观察值，也能够经过WEB公布其它数据产品（RENIX观察文件、当地水汽含量、电离层指数等）4.经典NRTK网络数据传输通路及数据格式标准

图14：经典网络RTK通信线路及协议(以ARS为例)协议解释：

BINEXBinaryINdependentExchangeformat美国navstar联大开发GPS通用二进制交换格式NMEA-0183NationalMarineElectronicsA