GPS知识的普及之CORS

百花草

随着GPS技术的飞速进步和应用普及，它在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。
　　CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。
　　基准站网：基准站网由范围内均匀分布的基准站组成。负责采集GPS卫星观测数据并输送至数据处理中心，同时提供系统完好性监测服务。
　　数据处理中心：系统的控制中心，用于接收各基准站数据，进行数据处理，形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户。数据处理中心是CORS的核心单元，也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。中心24小时连续不断地根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算，自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站（包括基准站坐标和GPS观测值信息）并通过现有的数据通信网络和无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息，以便实时解算出流动站的精确点位。
　　数据传输系统：各基准站数据通过光纤专线传输至监控分析中心，该系统包括数据传输硬件设备及软件控制模块。
　　数据播发系统：系统通过移动网络、UHF电台、Internet等形式向用户播发定位导航数据。
　　用户应用系统：包括用户信息接收系统、网络型RTK定位系统、事后和快速精密定位系统以及自主式导航系统和监控定位系统等。按照应用的精度不同，用户服务子系统可以分为毫米级用户系统，厘米级用户系统，分米级用户系统，米级用户系统等；而按照用户的应用不同，可以分为测绘与工程用户（厘米、分米级），车辆导航与定位用户（米级），高精度用户（事后处理）、气象用户等几类。
　　CORS系统彻底改变了传统RTK测量作业方式，其主要优势体现在：1）改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围；2）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；3）拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性；4）用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；5）使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；6）提供远程 INTERNET服务，实现了数据的共享；7）扩大了GPS在动态领域的应用范围，更有利于车辆、飞机和船舶的精密导航；8）为建设数字化城市提供了新的契机。
　　CORS系统仅是一个动态的、连续的定位框架基准，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的重要的城市基础设施，CORS可在城市区域内向大量用户同时提供高精度、高可靠性、实时的定位信息，并实现城市测绘数据的完整统一，这将对现代城市基础地理信息系统的采集与应用体系产生深远的影响。它不仅可以建立和维持城市测绘的基准框架，更可以全自动、全天候、实时提供高精度空间和时间信息，成为区域规划、管理和决策的基础。该系统还能提供差分定位信息，开拓交通导航的新应用，并能提供高精度、高时空分辨率、全天候、近实时、连续的可降水汽量变化序列，并由此逐步形成地区灾害性天气监测预报系统。此外，CORS系统可用于通信系统和电力系统中高精度的时间同步，并能就地面沉降、地质灾害、地震等提供监测预报服务、研究探讨灾害时空演化过程。
　　连续运行参考站系统（CORS）可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网(LAN／WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位，伪距)、各种改正数、状态信息以及其他有关GPS服务项目的系统。与传统的GPS作业相比连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。
CORS的发展历程
　　20世纪90年代，美国建成了GPS卫星导航定位系统，并免费向所有用户开放，人类第一次实现了有限的“随时随地”获取自己的空间位置信息。但是由于美国政府的政策控制和自然环境因素的影响，一般情况下，只采用GPS进行定位，精度很低，可以应用于一般民用，但是不能应用于各种地图的测绘和各种方位相关的地理信息的采集，更不能用于地壳板块形变监测等。为实现快速高精度定位，出现了连续运行卫星跟踪站（Continuously Operating Reference Stations），作为卫星定位的地面固定参照物。这是CORS产生的原因，也是CORS发展的最初目的。
　　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。但早期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，主要应用于大地控制网测量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，数据存储量少；参考站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。
　　从20世纪90年代开始，由于DGPS技术的发展和RTK（实时载波相位Real Time Kinematic）测量技术的出现与逐步普及，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。其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；逐步应用于其他工作领域。同时由于各种技术的进步和 CORS应用深入，CORS从早期的单一提供高精度定位服务的参考站逐步演变成为以提供高精度实时定位服务为主、提供各种空间信息服务为辅的综合服务系统。
　　在20世纪90年代，科学家提出CORS概念的目的是建立永久性的卫星参考站，建设的主要内容是参考站的建设。随着互联网技术和计算技术推动CORS的技术进步，CORS的各个参考站联接成为有机网络，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Continuously Operating Reference System，即连续运行参考站系统。
　　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 Refrence Service）。
　　CORS自上世纪90年代诞生以来，在测绘工作中发挥了巨大的作用，西方发达国家基本上都建成了全国性的CORS网络，并广泛应用于基础测绘、工程建设、区域规划、灾害预测和地球板块运动监测等领域，取得了巨大成功。（唐长增 黎柏良2009.1.23）

国内外现状及背景
　　1.1国外CORS发展概况
　　国际大地测量发展的一个特点是建立全天候、全球覆盖、高精度、动态、实时定位的卫星导航系统。在地面则建立相应的永久性连续运行的GPS参考站。目前世界上较发达的国家都建立或正在建立连续运行参考站系统（CORS）。
　　美国的GPS连续运行参考站系统（CORS）。它由美国国家大地测量局（NGS）负责，该系统的当前目标是:①使全部美国领域内的用户能更方便地利用该系统来达到厘米级水平的定位和导航；②促进用户利用CORS来发展GIS；③监测地壳形变；④支持遥感的应用；⑤求定大气中水汽分布；⑥监测电离层中自由电子浓度和分布。
　　至2001年5月，CORS已有160余个站。美国NGS宣布,为了强化CORS，从即日起，以每个月增加3个站的速度来改善该系统的空间覆盖率。CORS的数据和信息包括接收的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星历、站四周的气象数据等，用户可以通过信息网络，如Internet很容易下载而得到。
　　英国的连续运行GPS参考站系统（COGRS）的功能和目标类似于上述CORS，但结合英国本土情况,多了一项监测英伦三岛周围海平面的相对和绝对变化的任务。目前已有近60个GPS连续运行站。
　　德国的全国卫星定位网由100多个永久性GPS跟踪站组成。它也提供4个不同层次的服务：①米级实时DGPS（精度为±1～3 m）；②厘米级实时差分GPS（精度为1～5 cm）；③精度为1cm的准实时定位；④高精度大地定位（精度优于1 cm）。
　　其他欧洲国家，即使领土面积比较小的芬兰、瑞士等也已建成具有类似功能的永久性GPS跟踪网，作为国家地理信息系统的基准，为GPS差分定位、导航、地球动力学和大气提供科学数据。
　　在亚洲，目前日本已建成近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统———GeoNet。它在以监测地壳运动地震预报为主要功能的基础上，目前结合大地测量部门、气象部门、交通管理部门开展GPS实时定位、差分定位、GPS气象学、车辆监控等服务。
　　1.2国内CORS发展概况
　　随着国家信息化程度的提高及计算机网络和通信技术的飞速发展，电子政务、电子商务、数字城市、数字省区和数字地球的工程化和现实化，需要采集多种实时地理空间数据，因此，中国发展CORS系统的紧迫性和必要性越来越突出。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），目前已开始全面地测量应用。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。
2、建立CORS的必要性和意义
　　“空间数据基础设施”是信息社会、知识经济时代必备的基础设施。城市连续运行参考站系统（CORS）是“空间数据基础设施”最为重要的组成部分，可以获取各类空间的位置、时间信息及其相关的动态变化。通过建设若干永久性连续运行的GPS基准站，提供国际通用各式的基准站站点坐标和GPS测量数据，以满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、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信息化管理的社会要求。建立CORS的必要性和意义主要体现在以下几个方面：
　　(1) CORS的建立可以大大提高测绘精度、速度与效率, 降低测绘劳动强度和成本, 省去测量标志保护与修复的费用, 节省各项测绘工程实施过程中约30% 的控制测量费用。由于城市建设速度加快，对GPS-C、D、E级控制点破坏较大，一般在5-8年需重新布设，至于在路面的图根控制更不用说，一二年就基本没有了，各测绘单位不是花大量的人力重新布设，就是仍以支站方式，这不但保证不了精度，还造成了人力物力财力的大量浪费。随着CORS基站的建设和连续运行，就形成了一个以永久基站为控制点的网络。所以，可以利用已建成的CORS系统对外开发使用，收取一定的费用，收费标准可以根据各地的投入和实际情况制定，当然这一点上更多的是社会效益。
　　(2) CORS的建立，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。CORS项目完成将为城市诸多领域如气象、车船导航定位、物体跟综、公安消防、测绘、GIS 应用等提供精度达厘米级的动态实时GPS 定位服务, 将极大地加快该城市基础地理信息的建设。
　　(3) CORS将是城市信息化的重要组成部分, 并由此建立起城市空间基础设施的三维、动态、地心坐标参考框架, 从而从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化。CORS建成能使更多的部门和更多的人使用GPS 高精度服务,它必将在城市经济建设中发挥重要作用。由此带给城市巨大的社会效益和经济效益是不可估量的, 它将为城市进一步提供良好的建设和投资环境。http://bbs.3s001.com

yangqiji

学习学习 谢谢了！

heart

方便多了