【科普】GNSS 连续运行基准站网

01 概述

基准站网的组成

卫星连续运行基准站网（Continuously Operating Reference Stations，缩写 CORS）是由若干连续运行基准站及数据中心、数据通信网络组成的，提供数据、定位、定时及其他服务的系统。

CORS 的组成

（1）连续运行基准站

连续运行基准站由 GNSS 设备、气象设备、电源设备、通信设备、计算机等设备及观测墩、观测室、工作室等基础设施构成，具备长期连续跟踪观测和记录卫星信号的能力，并通过数据通信网络定时或实时将观测数据传输到数据中心。

（2）数据中心

数据中心由计算机、网络设备、专业软件系统以及机房构成，具备数据管理、数据处理分析及产品服务等功能，用于汇集、存储、处理、分析和分发基准站数据，形成产品和开展服务。

（3）数据通信网络

数据通信网络由公用或专用的通信网络构成，用于实现基准站与数据中心、数据中心与用户数据交换，完成数据传输、数据产品分发等任务。

分类与布设原则

依据管理形式、任务要求和应用范围，基准站网划分为国家基准站网、区域基准站网、专业应用网三类。

（1）国家基准站网

国家基准站网是国家地理空间信息的重要基础设施，主要用于维持和更新国家地心坐标参考框架，开展全国范围内高精度定位、导航、工程建设、地震监测、气象预报等国民经济建设、国防建设和科学研究服务。

国家基准站网应覆盖我国领土及领海，全国范围内均匀分布、站间距 100-200km，满足国家地心坐标参考框架建设的需要，并兼顾社会发展、经济建设、自然条件和定位服务需求等因素。国家基准站网在每个省、自治区内应至少有 3 个分布均匀、观测墩建造埋设于基岩上的基准站，直辖市内应至少有 1 个-2个观测墩埋设于基岩上的基准站。

（2）区域基准站网

区域基准站网是省、市、自治区等区域地理空间信息的重要基础设施，用于维持和更新区域地心坐标参考框架，开展区域内位置服务和相关信息服务。区域地心坐标参考框架应与国家地心坐标参考框架保持一致。

江苏 CORS 站点分布图

区域基准站网应满足区域地心坐标参考框架建设的需求，均匀覆盖省、市、自治区等行政辖区，并兼顾地方经济发展现状、自然条件和定位服务需求等因素。区域基准站网的布设应顾及相邻区域基准站网的站点分布，实现有效覆盖。不同区域基准站网的重叠覆盖范围内，定位服务应保持一致。厘米级定位精度站间距不大于 70km，分米级定位精度站间距大于 70km。

（3）专业应用网

专业应用网是由专业部门或机构根据专业需求建立的基准站网，用于开展专业信息服务。专业应用网的布设应根据专业服务目标进行设计，按照专业需求确定基准站分布。

02基准站建设

技术设计

（1）设计前收集地形图、交通图、地质构造图等资料。

（2）在图上拟选站址，在图上标注地形、交通、地质信息，确定基准站位置、名称、编号。

（3）勘选完成后进行建筑、结构、电气、防雷、室外工程施工设计以及设备集成、供电系统、数据传输等设计。

（4）技术设计完成后，应提交基准站技术设计方案以及基准站点位设计图、站点位置信息表、基准站施工设计图等设计资料。

选址

（1）观测环境

观测环境应符合以下要求：

① 具有 10º以上地平高度角卫星通视条件；困难环境条件下，高度角可放宽至 25°，遮挡物水平投影范围应低于 60°。

② 远离多路径影响地物（如高大建筑、树木、水体、海滩和易积水地带等）和电磁干扰区（如微波站、无线电发射台、高压线穿越地带等）200m 以上。

③ 避开易震动地带，应顾及未来规划和建设，选择环境变化小的地区。

④ 应进行 24 小时以上实地环境测试，对于国家和区域基准站，数据可用率大于 85%，多路径影响小于 0.5m。

（2）地质条件

基准站应建立在稳定地质构造条件的块体上，且不易被水淹，地下水位变化不大，区域站点可以也可以根据需求建立在结构稳定的屋顶上。

（3）依托条件

便于接入通信网络，有稳定电源，交通便利，有良好的土建条件，有建设用地，基础设施有良好的安全保障环境。

（4）联测条件

满足站址周围重力点、大地控制点、水准点的联测要求。

（5）提交成果

选址提交成果应有勘选报告、站点照片、用地文件、地质勘察证明、点之记、实地测试数据及分析报告等。

基础设施建设

（1）观测墩：一般为钢混结构，分基岩观测墩、土层观测墩、屋顶观测墩。

（2）观测室：面积不小于 20 平方米，地基牢固；能防水、防雷、防风、防野生动物，电力线和信号线应分开埋设；温度和湿度要维持设备正常运转。

（3）工作室：面积 20 平方米左右，供人员管理使用。

（4）防雷设施：包括防雷地网、防雷带、避雷针等。

（5）道路、管线敷设等辅助工程。

设备安装

基准站设备主要由 GNSS 接收机、GNSS 天线、气象设备、不间断电源、通信设备、雷电防护设备、计算机和机柜等组成。

CORS 基准站点

（1）接收机

基站接收机技术指标包括：

① 具有同时跟踪不少于 24 颗全球导航定位卫星的能力。

② 至少具有 1Hz 采样数据的能力。

③ 观测数据至少应包括：双频测距码、双频载波相位值、卫星广播星历。

④ 具有在-30℃ - +55℃、湿度 95%的环境下正常工作的能力。

⑤ 具备外接频标输入口，可配 5MHz 或 10MHz 的外接频标。

⑥ 可外接自动气象仪设备并存储数据。

⑦ 备 3 个以上数据通信接口，接口包括 RS232、USB、LAN 等。

⑧ 具有输出原始观测数据、导航定位数据、差分修正数据、1PPS 脉冲的能力。

（2）天线

天线技术指标包括：

① 相位中心稳定性应优于 3mm。

② 具备抗多路径效应的扼流圈或抑径板。

③ 有抗电磁干扰能力。

④ 有定向指北标志。

⑤ 在-40℃ - +65℃的环境下能正常工作。

⑥ 气候条件恶劣地区应配有防护罩。

（3）气象设备

气象设备技术指标包括：

① 可连续测定气压、温度、湿度气象元素。

② 气压测定精度±0.1hPa，温度测定精度±0.5℃，湿度测定精度±1%。

③ 可设置采样间隔。

④ 具备数据通信接口，可进行实时或定数数据传输。

03数据中心

数据中心由数据管理系统、数据处理分析系统、产品服务系统等业务系统组成。

数据管理系统

数据管理系统负责对基准站设备的工作状况进行监控，对基准站产生的源数据进行汇集、整理、质量检查、存储和备份，对数据中心产生的各类成果数据进行规范化管理。

数据管理系统一般要求：

（1）具备规范化及自动化管理能力。

（2）具备监控及自动报警能力。

（3）具备双机冗余备份能力。

（4）具备高效可靠的数据存储能力。

数据处理分析系统

数据处理分析系统对基准站源数据进行处理和分析，产生成果数据。数据处理应进行源数据、站信息、卫星星历、地球动力学参数等数据准备，完成格式转换、粗差探测、周跳修复等预处理，进行基线解算和网平差等工作。数据分析包括基准站坐标时间序列分析、速度场分析、数据质量分析等。专业应用网根据专业需求进行数据处理分析。

数据处理分析系统一般要求：

① 应采用 2000 国家大地坐标系。

② 宜使用精密星历，可依据不同需求选用事后精密星历、快速精密星历或预报精密星历。

③ 数据处理模型宜采用国际地球自转服务局（IERS）或其他相关标准。

产品服务系统

产品服务系统负责对数据中心形成的产品进行规范化管理，向用户提供服务。产品服务可包含位置服务、时间服务、气象服务、地球动力学服务、源数据服务等内容，见下表。

具体服务内容和方法如下：

① 坐标框架服务是指维持与更新国家或区域地心参考框架，提供动态框架下的起算坐标服务；

② 实时位置服务包括厘米级、分米级和米级精度的服务；

③ 快速位置服务包括厘米级、分米级和米级精度的服务；

④ 事后位置服务包括毫米级、厘米级和分米级精度的服务；

⑤ 卫星轨道服务提供精度为 0.2 m 的预报精密星历和精度为 0.05 m 的事后精密星历；

⑥ 时间服务提供预报和事后精密星历相应的精密卫星钟差，预报精密卫星钟差精度优于 5 ns，事后精密卫星钟差精度优于 1 ns;

⑦ 气象服务提供电离层、对流层等模型参数；

⑧ 地球动力学服务提供地球自转参数等；

⑨ 源数据服务提供基准站原始观测数据、气象观测数据、基准站信息等；

⑩ 受国家信息安全以及保密政策等限制的产品按照国家相关管理办法提供。

04数据通信网络

数据通信网络一般利用现有通信网络资源，实现基准站到数据中心和数据中心到用户实时或事后数据交换。

基准站网测试

基准站网建成后应进行整网运行测试，并形成测试报告。测试内容如下：

（1）测试基准站数据采集、数据完好性。

（2）数据传输的稳定性。

（3）测试数据中心对基准站的监控能力。

（4）测试实时定位的覆盖范围和有效作业时间。

（5）测试站网数据产品服务内容和精度指标。

（6）测试其他内容。

基准站网维护

基准站维护要求如下：

（1）应保障全年每天连续 24 小时正常运行，必要时宜安装报警系统。

（2）应定期进行设备检测，必要时进行设备更新。

（3）应定期与国际 GNSS 服务站（IGS）进行联测解算，维持坐标框架更新。

（4）根据需要对埋设的水准标志按照国家水准联测纲要进行定期测定。

（5）根据需要对埋设的重力标石与国家重力基本网进行定期联测。

来源：测绘屋