CORS综合服务系统

PAGEPAGE18CORS综合服务系统实施方案主管单位：实施单位：广州中海达卫星导航技术股份有限公司2011年9月目录TOC\o"1-4"\h\z\u一、CORS综合服务系统系统介绍 41.1CORS综合服务系统发展历程 41.2CORS综合服务系统系统最新进展 41.3CORS综合服务系统系统组成 41.5中海达CORS综合服务系统系统硬件解决方案 51.6中海达CORS综合服务系统系统软件解决方案 71.6.1软件的先进性、稳定性、可靠性、安全性 71.6.2系统功能 81.6.3软件的易操作性和容错能力 81.6.4软件应用的广泛性和可拓展性 91.7系统建设方案 91.8部分典型用户名单 10二、CORS基准站网子系统 122.1基准站选址：原则、测试、分析 122.2基准站网子系统的建设 122.3观测墩的建设与验收 122.4基准站网络连接设计 132.5基准站的防雷设计 14三、数据中心设计 153.1功能分析与设计 153.1.1数据处理 153.1.2系统监控 153.1.3信息服务 163.1.4网络管理 163.1.5用户管理 163.1.6其他功能 163.2数据中心技术设计 163.2.1数据中心结构设计 163.2.2数据中心网络设计：双机热冗余方案 163.2.4流程设计 17四、用户服务子系统 194.1GSM、GPRS/CDMA的数据解调设备的功能 194.2接收机设备的兼容性 194.3通讯形式和数据处理过程 204.3.1实时动态作业 204.3.2静态后处理作业 20五、售后服务及人员培训 215.1售后服务体系 215.1.1总则 215.1.2验收 215.1.3培训 215.1.4跟踪服务 215.1.5服务保障体系措施 22附系统所需配套设备清单： 221、基准站设备部分 222、配套设备部分 233、基建部分 23一、CORS综合服务系统系统介绍CORS综合服务系统是中海达在二十余年GNSS技术应用积累基础上充分利用现代计算机技术、数字通讯技术和互联网技术研制而成的连续运行基准站系统，是集GNSS数据采集、数据处理、数据广播、系统管理的高效解决方案。1.1CORS综合服务系统发展历程2004年业界率先研发出GPRS网络数据链，推出HD6000网络RTK，开始CORS应用研究。2005年在广州建立CORS综合服务系统系统全国数据服务中心，现有挂靠子系统1500多家，终端用户3000多个，日均在线用户500多台。CORS综合服务系统连续四年稳定运行，成为市场上最成熟的CORS系统。2007年在全国几十个城市为用户建立CORS综合服务系统系统，成为各地建设CORS的主流选择之一。2008年至今在全国三十多个省市建成了200多套CORS系统。1.2CORS综合服务系统系统最新进展在CORS领先的基础上，中海达积极开展自主研发与高校合作开发并重的道路。2008年年初开始，中海达开始开发VNet系列产品，作为专业的CORS基准站设备，现已推出VNet6,VNet7两款型号。中海达公司从2004年开始与武汉大学GNSS工程中心合作开发服务中心软件，目前在广东国土厅运行，计划逐步取代Trimble的GPS.Net软件。中海达公司从2006年开始与东南大学3S中心合作开发服务中心软件，并在江苏建设了多基站的CORS系统，并进行了精度测试，目前运行状态良好。中海达公司从2009年开始与西南交通大学合作推广VENUS软件，VENUS软件已在地震系统成功运行。1.3CORS综合服务系统系统组成CORS综合服务系统系统由基准站网子系统、数据中心子系统、数据通讯子系统、用户服务子系统组成。基准站网子系统（ReferenceStationSub-System）简称RSS，基准站简称RS；数据中心子系统（SystemMonitoringandAnalysisCenter）简称SMAC；用户服务子系统(UserApplicationSub-System)简称UAS。子系统的定义与功能如下表所示：系统各单元定义与功能表系统名称主要工作内容设备构成技术说明基准站网子系统（RSS）卫星定位数据跟踪、采集、传输、系统可靠性（完备性）监测。GPS接收机、网络设备UPS电源。基准站子系统数据中心子系统（SMAC）接收并控制各基准站发回的数据。检查各基准站工作状况；对数据进行分析、处理、存贮、管理。形成一定格式的数据文件，发送给用户。服务器、网络设备、（数据传输发送设备、）UPS电源等设备。1个中心用户服务子系统（UAS）按照用户需求进行不同精度定位。GPS接收机、GIS手持机支持GSM数据业务或GPRS连接的手簿。适于DGPS、RTK、PPS的软件系统系统组成简图见下图：CORS综合服务系统系统连接示意图1.5中海达CORS综合服务系统系统硬件解决方案A.GNSS接收机采用中海达于2009年年初推出的VNet6专业型GNSS基准站接收机。其外观如下图所示：VNet6专业型GNSS基准站接收机外观中海达VNet6专业型基准站接收机是中海达新产品VNet系列测量系统的一部分，也是专门针对基准站应用而设计的专业型基准站接收机。它采用最新型NovatelOEMV高精度主板。可以通过RS232接口或网线接口进行实时数据传输，同时借助于高性能的内置处理器，可以实现高达20Hz的数据采样率。B.移动终端V30接收机技术指标：1．精度*静态后处理精度：平面：±2.5mm＋1ppm高程：±5.0mm＋1ppm*RTK定位精度：平面：±1cm＋1ppm高程：±2cm＋1ppm2.技术性能：天宝BD970主板，具有220通道。超长距离RTK解算能力。具有智能语音操作提示、状态报警等功能。基准站和移动站可互换使用接入CORS系统。核心控制芯片须达到ARM9。内存须达到64MFlash内置存储。1.6中海达CORS综合服务系统系统软件解决方案中海达采用ZNCASTER软件作为CORS综合服务系统系统软件的解决方案。ZNCASTER软件是中海达公司开发的网络GPS卫星定位服务系统专用软件软件主界面见下图所示：1.6.1软件的先进性、稳定性、可靠性、安全性ZNCASTER软件是中海达公司自主开发的网络GPS卫星定位服务系统软件ZNCASTER软件将坐标参数进行加密转换并实行严格的保密措施,可以保障数据的安全。ZNCASTER软件运用先进的BCT技术，它包含但不限于虚拟基准站技术，具有超强的稳定性和可靠性。ZNCASTER试用版在宜昌规划的CORS系统中成功试运行。1.6.2系统功能ZNCASTER软件有以下主要功能:1）ZNCASTER软件包含但不限于虚拟基准站技术。2）能处理双星系统数据，且预留其它GNSS系统数据格式。3）主要品牌接收机的原始数据解码，原始数据质量控制。4）RENIX（+CompactRENIX）数据存储。5）天线相位中心改正。6）探测观测值粗差，修复相位周跳。7）误差建模并解算相位模糊度。8）估计对流层延迟、电离层延迟和多路径效应等系统参数。9）根据用户反馈的NMEA信息和以上估计的系统参数生成虚拟基准站VRS改正数，并进行RTCM编码及播发。10）通过分析双差载波相位观测值不断地计算电离层误差、对流层误差、星历误差和L1、L2上整周模糊度。1.6.3软件的易操作性和容错能力ZNCASTERGNSS网络数据服务器软件（以下简称ZNCASTER软件）采用首创的BCT概念。它操作简单且具有超强的容错能力，适用于从单基准站、多基准站到中心基准站网络的各种应用，具有最大的普适性。中海达ZNCASTER软件采用模块化设计，具有基准站参数设置与状态监控、网络RTK解算、数据文件分发、虚拟站RTK/DGPS数据播发、数据访问管理、用户帐号与收费管理、事件报警、坐标计算、数据回放等功能模块。而且，它还可以和其它中海达软件，如HDS2003,ZNetSens等实现无缝对接，满足变形监测、数据融合、数据质量控制、自动化批处理、坐标分析以及构建互联网GPS数据自动处理、平差和坐标计算服务平台等各种高级应用需求。由于ZNCASTER软件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，中海达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。1.6.4软件应用的广泛性和可拓展性ZNCASTER软件支持NTRIP，TCP/IP，串口，电台，GSM，CDMA/TDMA，ISDN和Modem等通讯手段，可用于基准站控制、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ZNCASTER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。基于“BCT概念”新一代基准站网计算软件模块与ZNCASTER软件构成一个完整的基准站解决方案。软件灵活，强大，模块化设计和安全，可以为大型，小型，简单和复杂的基准站网的需要进行软件定制。它可以实现虚拟的技术，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，可用于计算基准站标准格式RTCMV2.x，同时能自动保存为RINEX，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。用户可直接接收中海达基准站网的网络RTK数据，兼容性强，杰出的可靠性和性能，而且具备可扩展性。1.7系统建设方案1.8部分用户◆黑龙江鸡西市规划局◆黑龙江七台河市规划局◆黑龙江大庆广维勘察测绘院◆黑龙江大庆龙凤规划分局◆黑龙江齐齐哈尔勘察测绘研究院◆内蒙古包头市国土资源局◆内蒙古阿拉善盟土勘院◆内蒙古乌兰察布市规划测量队◆河南邓州市国土局◆中国地质科学院探矿工艺研究所◆吉林白城市国土局◆吉林长春市政勘测设计院◆吉林辽源勘测设计院◆海南海口市土地测绘院◆吴中市国土局◆西北大学◆山西侯马建设局◆山西大同南郊国土局◆山西临汾测绘院◆山西运城规划局◆北京市朝阳区绿化局◆辽宁营口市土地规划院◆辽宁抚顺电力设计院◆辽宁凌源电力公司◆四川省遂宁市勘测院◆四川省都江堰建设规划局◆贵州省贵阳市小河区国土局◆贵州省遵义102地质队◆湖北省荆州市江陵国土资源局◆山东禹城市国土局◆宁夏自治区灵武市国土资源局……二、CORS基准站网子系统2.1基准站选址：原则、测试、分析在选择连续运行的GPS基准站墩位的位置时，原则如下：1)站点应选易于安置接收设备且视野开阔的位置。视场周围高度在10度以上不应有障碍物，以免GPS信号被吸收或遮挡。2)站点附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。3)站点应该远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离最好不小于200m；远离高压输电线，其距离不得小于50m，以避免电磁场对GPS信号的干扰。测试：每个站点需要架设三角架（架设高度与计划建设高度基本一致）采用电瓶供电的方式，使用双频RTK设备以1秒一次采样间隔进行静态记录24小时（注意采集之前的数据清空）。分析：对原始数据进行汇总，并使用HDS2003软件和TEQC软件进行数据质量分析，出具每个站点的质量分析报告。2.2基准站网子系统的建设 本方案设计采用最新的专供GPS基准站应用的基准站接收机，具有预置接收未来L2C信号的功能。该接收机具有优异的性能：具有5个RS232串口（4个全双工串口和1个设置串口），同时具备RJ45网络接口，可以直接接入网络。VNet6GPS接收机通过自身RJ45接口接入网络直接和控制中心通讯。气象仪数据和GPS数据融合在一起，通过VNet6GPS主机自带RJ45端口直接发送至控制中心。2.3观测墩的建设与验收2.3.1观测墩设计与施工要求：1)满足城市控制网、地面沉降观测及移动目标导航的要求；2)满足大气水汽含量监测的要求；3)满足建筑形变观测和地震检测的要求；4)满足GNSS台站网建设的要求。2.3.2观测墩的结构与施工：位于建筑物顶的观测墩位于建筑物顶的观测墩2.4基准站网络连接设计基准站的网络连接设计包括基准站设备的选型、站内设备连接方式、外部网络连接形式等部分。各基准站的结构是网络终端（NT）或子网。主要设备包括GPS接收机、不间断电源UPS、通信链路等。站内设备间的连接,即与控制中心的通讯是基准站设计中的核心部分，其可靠性和稳定性往往决定了整个系统的性能与可靠性。基准站和控制中心通讯的方案为：中国移动通讯网络GPRS数据链路，直接将数据传回数据中心。通过实际流量的测算，我们认为3M带宽的Internet光纤可以满足本项目的网络连接需求。网络连接方式为：VNet6专业基准站接收机可采用有线方式或者无线方式GPRS接入网络，通过网络传回控制中心，这种方式减少了连接的中间环节，保证了网络通讯的稳定性。远程控制的实现更加简单：控制中心直接通过GPRS网络，通过UDP或者TCP/IP协议，通过服务器软件对接收机进行远程的设置和监控。2.5基准站的防雷设计根据GPS接收机天线和基准站观测室的位置，需安装防直击雷和防雷电感应装置并做接地处理。a)直击雷防护 在距基准站观测墩附近安装一根避雷针。避雷针接地采用Φ8圆钢与原有的避雷带或接地网焊接，要求接地电阻值≤10Ω，并将基准站观测墩一外露主筋用Φ8圆钢与建筑物原有防雷带焊接。b)雷电感应防护在基准站观测室的电源线路上设2－3级过电压保护，第一级在配电箱处安装一台3相电源避雷器，通流量≥30KA；第二级在机房UPS电源前端安装一级电源避雷器，通流量≥20KA。进入基准站观测室的通信线路有网络通讯光纤和GPS天线馈线，是引入雷电波的主要通道，因此其传输线路的防雷是整体防雷不可缺少的部分。拟在网线接入GPS接收机端和天线馈线接入端各安装一个专线线避雷器，以保护接收机和电源装置不遭雷击。三、数据中心设计数据处理中心(SAMC)是整个HCORS系统的核心单元，通过3M的光纤连接Internet网络。3.1功能分析与设计作为整个服务系统的核心，数据中心要求具备有以下功能：数据处理、系统运行监控、信息服务、网络管理、用户管理。本方案拟选用的软件是中海达公司提供的ZNCASTER软件。ZNCASTER基准站软件包是为连接网络中的多个GPS接收机基准站而设计的。它通过网络中各个基准站之间的基线计算估计各项误差，中心控制站根据各基准站的实时观测数据，在区域内整体建模解算完成后，根据对应于流动站点位，再将经过BCT（Best-correct）改正后的差分信息传输给流动站，然后流动站结合自身的观测值实时解算出流动站的精确点位。ZNCASTER基准站软件包可以为所在的操作区域提供RTK改正数据或Rinex格式的后处理数据。它是进行数据管理与分发、接收机操作和完好性监测的工具。3.1.1数据处理负责对各基准站采集并传输过来的数据进行质量分析和评价，对某些数据（如导航）进行多站数据综合、分流，形成统一格式的差分改正数据。按照测绘及定位导航的要求，管理中心应输出的数据结果有：RTCMV2.1/V2.3伪距差分修正信息：服务于米级定位导航的用户。RTCMV2.1/V2.3相位差分修正信息：服务于厘米级，分米级定位的用户。网络RTK差分修正信息VRS/FKP：服务于网络RTK用户。RINEXv2.1原始观测数据：服务于事后毫米级定位的用户。3.1.2系统监控对各基准站运行中的设备安全、正常性进行监控管理，可远程监控基准站GPS定位设备的工作参数、检测工作状态、发出必要的指令、改变各基准站运行状态。数据中心要求能够对德阳市整个定位服务网络的GPS基准站网子系统进行实时、动态的管理。对基准站的设备进行远程管理。对基准站进行设备完好性监测。网络安全管理，禁止各种未授权的访问。基准站的分组及差分模式的选择。3.1.3信息服务对各类用户提供导航定位数据服务，地理信息中有关坐标系、高程系（似大地水准面精化工作完成后）的转换服务。数据中心向德阳市进行数据播发，可适应以下的通信模式：GSM方式:采用基于GSM的数据业务向用户发布数据信息。GPRS/CDMA方式：采用基于移动无线上网方式向用户发布数据信息。事后数据发布：采用基于Internet或广域网的方式向用户提供事后精密定位服务。3.1.4网络管理整个数据中心系统由局域网（LAN）、广域网（WAN）和因特网（INTERNET）连接形成，作为网络中心。主要性能有：WWW服务器：网络多媒体数据信息服务器。主页是德阳市连续运行GPS基准站系统，向全市用户发播各种信息。网络管理专用计算机：对网络监视、运行及管理（包括计费）。3.1.5用户管理数据中心对所服务的各类用户进行管理，包括：用户计费管理。系统管理员将根据用户使用的时间、时段、次数和通讯方式生成表格，以方便管理部门按照一定的制度进行计时计费。用户登记、注册、撤消、查询、权限管理。系统管理员可方便的增减用户，根据用户的不同精度需求提供相应的精度权限，查询统计某用户的使用情况。3.1.6其他功能具备一定的自动控制能力，减少系统管理员的工作量。对系统的完备性进行监测，并提供最佳的计算方案。有足够的扩充能力，可适应基准站数量的增加。3.2数据中心技术设计数据中心的技术设计可分为结构设计、网络设计、防护设计和流程设计几方面。3.2.1数据中心结构设计数据中心结构包括机房安装地点和机房的平面布置设计。3.2.2数据中心网络设计：双机热冗余方案系统数据中心网络拓扑模型图本方案的特点是：两台服务器都安装了ZNCASTER软件，同时运行。如果任一台工控机工作临时中断，另一台可及时承担全部工作，实现了两台工控机的热冗余备份。并具有WEB访问、用户管理、数据存储、文件管理等功能。使用GSM数据通讯方式的用户可通过PRI中继接入设备获取系统提供的数据服务，而使用GPRS、CDMA通讯方式的用户可通过公众网访问IP地址或域名的方式获取系统提供的数据服务。对于事后处理所要求的数据，采用Internet的方式提供，如：通过Web访问，HTTP文件传输功能实现。3.2.4流程设计按照以上的网络模式，并根据系统性能指标的要求，在数据中心网络中设计以下六类数据流：实时计算数据流：方向为RS→数据分流→计算模块（含完备性检验、网络RTK、RTCM合成）→发播。备份数据流：用于对各基准站数据的实时备份。RS→DBMS。中断数据流：此数据流对应于基准站设计中的中断数据流，是由于通信链路中断后产生的，其方向为：计算模块检测出（或操作者）→RS→RSDBMS检索→DBMS加入。控制数据流：发自系统管理中心的控制命令，可分为人工控制和自动控制两类，具体描述为，人工控制：操作者→键盘→RS；报警控制：RS→数据分流→计算模块（含完备性检验、网络RTK、RTCM合成）→屏幕。实时监控数据流：对各基准站工作状态的监控，RS→数据分流→屏幕。发播数据流：正常工作条件下，系统管理中心的输出数据流。RS→数据分流→计算模块（含完备性检验、网络RTK、RTCM合成）→发播模块→DBMS→发播模块→DCS。以上的数据流不一定同时发生，在正常工作下，计算流、备份流、控制流、监控流和发播流同时发生。在通信中断恢复后，自动产生中断数据流。四、用户服务子系统用户服务子系统主要指用户终端接收设备，是保证用户完成差分导航及定位的必要设备。根据系统设计方案，最初的用户主要集中在测绘方面。测绘用户主要使用带通讯设备的测量型GPS接收机，其用户终端接收通讯设备包括两类：GPRS/CDMA收发终端和GSM收发终端,其基本工作原理相同，如下图4.1所示，但协议不同、工作的平台也不同。4.1GSM、GPRS/CDMA的数据解调设备的功能硬件构成：GSM、GPRS/CDMA天线、GSM、GPRS/CDMA信号收发单元、信息调制解调单元、信息处理单元、RS232口；GSM、GPRS/CDMA信号的收发；用户ID及用户位置信息编码与调制；RTCM-104标准格式信息解调及解密；GPS接收机及手簿中内置的RTK实时定位软件；RS232数据接口，速率600～38400bps。子系统组成及工作框图如下：图4.1子系统工作图4.2接收机设备的兼容性1、系统核心软件ZNCASTER可播发各种格式的改正数据以供各种类型的接收机使用。下图是ZNCASTER软件可播发数据格式：其中最常用的是：RTCM2.1、RTCM2.3、RTCM3.0、CMR、CMR+流动站接收机只需具备RTK功能并支持GSM数据链或GPRS数据链就可以使用系统播发的改正数。目前市场上大部分的接收机设备，如Trimble,Ashtech、Topcon、Leica,等等都能够处理GSM或GPRS接收的差分数据。4.3通讯形式和数据处理过程系统数据中心与系统用户的数据通讯形式和数据处理过程包括以下两种方式：4.3.1实时动态作业如果流动站需要实时得到定位结果，必须采取此方式。如果流动站仅需要米级精度的结果，流动站可使用导航型的接收机。如果流动站需要分米级或亚米级的精度结果，流动站必须使用RTD类型的接收机。如果流动站需要厘米级精度的结果，流动站必须使用双频RTK类型的接收机。此类流动站接收机均需配置手机通讯模块，用户通过手簿设置基于GPRS、CDMA通讯方式的数据中心的IP地址。数据中心收到流动站的请求后，会根据其授权状况作出响应。此时流动站会向数据中心发送一个概略坐标，数据中心再根据这个坐标生成适合于流动站的改正信息，并将改正信息流不断的发送给流动站。这个改正信息是RTCM格式（2.0/2.3/3.0）。流动站解算整周模糊度固定后，即可开始测量。4.3.2静态后处理作业流动站可使用单频或双频接收机。具体工作时，流动站不与数据中心进行任何实时的通讯。只需象传统的静态作业一样，将外业控制点的观测数据带回来，通过数据中心下载已建成的基准站的观测数据联合解算平差，达到联测控制点的目的。五、售后服务及人员培训5.1售后服务体系5.1.1总则广州中海达卫星导航技术股份有限公司（以下简称公司）作为中国最具实力的GPS专业上市公司向中海达用户承诺：公司依靠一支过硬的技术专家队伍给用户需求一个满意的解决方案。5.1.2验收验收资料包括以下几个方面：设备：设备测试报告基准站：基准站观测墩施工验收报告、基准站设备安装调试报告数据中心：数据中心设备软件安装调试报告软件：用户使用说明书测试：系统实地测试报告培训：用户培训报告5.1.3培训1）用户培训由中海达公司统一负责，培训地点一般在用户单位或根据用户指定的地点。2）培训