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国家测绘局
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国家一、二等水准测量规范
GB/T12897
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工程测量规范
GB50026
国家技术监督局
1993
卫星通信中央站通用技术条件
GB/T16952
1997
计算机信息系统安全保护等级划分准则
GB17859
1999
精密工程测量规范
GB/T15314
1994
全球定位系统城市测量技术规程
CJJ73-97
中国建设部
测绘技术设计规定
ZBA75001
1989
测绘技术总结编写规定
CH1001-91
测绘产品检查验收规定
CH1002
1995
测绘产品质量评定标准
CH1003
全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程
CH8016
电子设备雷击保护导则
GB7450
1987
通信用电源设备通用试验方法
GB/T16821
计算机软件产品开发编写指南
GB8567
1988
数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定
GB1526
信息处理系统计算机系统配置图符号及约定
GB/T14085
计算机软件质量保证计划规范
GB/T12504
1990
计算机软件配置管理计划规范
GB/T12505
UNAVCO基准站建立规范
---
国际UNAVCO组织
IGS基准站建立规范
国际IGS委员会
法国国家雷标准
NFC17-102
法国LCIE
中国地壳形变监测网络基准站建立规范
地震局、测绘局
2000
中华人民共和国公共安全行业标准
GA173
1998
混凝土结构设计规范
GBJ10
国家建设部
全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范
CH/T2008
2005
1.4性能指标
本系统工程完毕后,要求达到下表1.2内列举的各项性能指标.
表1.2系统性能指标
项目
内容
技术指标
覆盖领域
定位
网络RTK
网内和网外30km以内
静态事后差分
服务范围
导航
陆上和海上导航,地理信息采集、更新
测绘、地籍、规划、工程建设、变形监测、地壳形变监测
系统精度
动态参考基准
地心坐标的坐标分量
绝对精度不低于0.1米
基线向量的坐标分量
相对精度不低于3×
10-7
快速或实时定位
水平≤3cm
垂直≤8cm
静态差分定位
水平≤5mm
垂直≤10mm
水平≤5m
垂直≤7m
可用性
95.0%(1天内)
兼容性
导航、定位
RTCM-SC104V2.2,CMRPlus,RINEX
1.5系统原理与结构
1.5.1系统原理
连续运行参考站系统是建立在GNSS硬件的等技术平台之上。
它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机的结合在一起,为用户提供了全新、透明、可视、实时、的测量服务。
根据系统功能的要求,本系统由如下几个单元组成:
GNSS基站、网络系统、用户系统,如下图所示整个系统的原理图如下:
图1.1系统原理图
1.5.2系统作业流程与数据流程
(1)系统运作的流程如下:
●基准站连续不间断的观测GNSS的卫星信号获取该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数,按照用户要求把静态数据打包存储并把基准站的卫星信息送往服务器上GNSS软件的指定位置。
●用户单元接收定位卫星传来的信号,并解算出地理位置坐标。
●用户单元的数据通讯模块通过局域网从服务器的指定位置获取基准站提供的差分信息后输入用户单元的GPS板进行差分解算。
●用户单元在野外完成后差分测量后,可以从指定位置下载同步时间的基站静态数据进行基线联合解算。
(2)GNSS硬件系统总体数据流程如下:
图1.2硬件系统总体数据流程
第2章基站子系统
2.1基准站布网
根据鄂尔多斯市的具体要求和实际情况,将计划在全市建设14个参考站。
这些点由于是连续跟踪站,所以选点时要考虑安全、连续供电、通信网及交通方便。
最好选在国土资源局下属单位或友好单位的楼顶,便于管理、维护和解决通信问题。
站址确定前,应对该点的环境干扰、对卫星测量的影响等进行测试,以便进一步的确定实际的位置。
具体站址分布如下图:
图2.1基准站点分布图
2.2基准站建设
2.2.1功能实现
综合系统的功能设计与要求,并结合有关项目的基准站资料,对本系统连续运行定位服务基准站提出以下功能分析与设计:
(1)建立14个永久性的基准站,设计为无人职守型,设备尽可能少,连接可靠。
(2)基准站都为屋顶型基准站,采用南方NET-S8主机的方式。
基准站为分体式,主机天线置于屋顶,主机置于室内,采集数据直接显示在服务器上。
(3)基准站保存由工作机(和监测机)采集的GNSS数据,计算机服务器硬盘上保留至少180天的数据。
(4)基准站按设定的时间间隔(1Hz)自动将GNSS观测数据通过SDH网络将数据传输给系统控制中心。
(5)在断电情况下,基准站能够靠自身的UPS支持两个小时以上。
(6)系统控制中心通过远程方式,设定、控制、检测基准站的运行。
2.2.2基站设备
1.NETS8主机
图2.2NetS8主机外观
SOUTHNETS8是南方测绘针对CORS系统应用而设计的一款高性能GNSS接收机。
NETS8采用坚固耐用的铝合金封装,提供了串口、以太网接口、蓝牙、液晶面板等方式对系统参数进行设置;
用户可以远程查看主机的运行状态,下载观测数据,支持远程的重启、格式化SD卡、固件升级和注册等;
主机具备长期、稳定的连续工作能力,即长期、连续跟踪卫星信号并记录数据的能力,在主机断电恢复后会自动按原设置继续工作,而无须人工干预。
图2.3远程系统配置图2.4远程数据下载
GNSS特性:
220个通道:
GPS:
同步L1C/A、L2E、L2C、L5
GLONASS:
同步L1C/A、L1P、L2C/A(仅GLONASSM)和L2P
SBAS:
同步L1C/A、L5
GIOVE-A:
同步L1BOC、E5A、E5B和E5AltBOC
GIOVE-B:
同步L1CBOC、E5A、E5B和E5AltBOC
噪音极低的GNSS载波相位测量,1赫兹带宽内的精度<
1毫米
Db-Hz内报告的信噪比
应用成熟的Novatel低仰角跟踪技术
初始化时间通常<
10秒
初始化可靠性>
99.9%
静态定位精度:
平面:
±
3mm+0.5ppm
高程:
5mm+0.5ppm
数据存储、输出:
内存:
4GB,可记录12个月的原始观测数据(卫星数据记录为5秒一个历元),支持16G大容量工业级SD数据存储卡
定位输出:
1Hz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz和50Hz(取决于安装选项)
高达50赫兹的原始测量与定位输出
参考输出:
CMR、CMR+、RTCM2.1、2.2、2.3、3.0、3.1
导航输出:
ASCII:
NMEA-0183GSV、AVR、RMC、HDT、VGK、VHD、ROT、GGK、GGA、GSA、ZDA、VTG、GST、PJT、PJK、BPQ、GLL、GRS、GBS以及二进制:
TrimbleGSOF
电气性能:
电压:
DC输入12-15V带过流保护
功耗:
3.0W
接口:
1个RJ45端口(10M/100M),支持TCP/IP、HTTP、NTRIP协议
3个RS232数据端口,可进行本地RTCA/RTCM/CMR改正传输,支持气象仪、气压仪、倾斜仪等外接传感器设备
1个多功能端口,支持调试串口和USB接口
1个外接频标端口,支持连接高精度原子钟
物理指标:
尺寸:
20.2cm长*16.3cm宽*7.5cm高
重量:
1.4kg
防震:
坚固铝合金外壳加塑胶圈,抗1米自然跌落
防水:
用水冲洗无任何伤害
防尘:
完全防止粉尘进入
等级:
IP67
工作环境:
工作温度:
-40°
C至75°
C
工作湿度:
相对湿度,10%至95%(非凝结)
2.大地扼流圈天线
南方大地型扼流圈天线支持精确度为毫米,能够有效抑制多路径效应的影响,结合不妥协的稳定的相位中心(小于0.8MM)且可以抑制射频干扰。
天线建于大地测绘研究标准的基础上,采用铝材质的扼流圈和一个Dome#Margolin偶极元件,低噪音、低消耗,还拥有同步频率选择功能。
技术指标:
工作频率:
1227MHZ±
10MHZ、1575MHZ±
10MHZ
阻抗:
50Ω
驻波比:
≤1.5:
1
增益:
38dB±
3dB
噪声:
≤1.5dB
极化方式:
右旋圆极化
工作电压:
3~12VDC,工作电流:
≤40mA
连接器:
TNC
≤5.2kg
-45℃~+65℃,储存温度:
-55℃~+85℃
直径38cm,高10cm,低部直径12cm,底高3.5cm
天线高:
L1=11.01cm,L2=12.94cm
2.2.3基准站结构
图2.5基准站结构示意图
基准站由仪器室和观测墩两部分组成:
观测墩:
用于支撑GNSS观测天线。
观测墩柱体内预埋PVC管道,用于铺设天线电缆。
仪器墩外部进行保温和防风处理,顶部安装强制对中装置。
天线墩结构图见图2.2,建成后的天线墩见图2.3。
仪器室:
用于安置基准站设备。
要求距离观测墩距离不超过天线电缆的许可长度,并可提供可靠的电力供应和网络接入,此外需根据条件安装防盗设施并注意通风散热。
机柜内设备安置见图2.4所示。
图2.6观测墩结构
图2.7观测墩实景(左:
外观;
右:
天线平面)
图2.8基准站机柜设备安置
2.2.4电涌防护
电涌是微秒量级的异常大电流脉冲。
它可使电子设备受到瞬态过电的破坏。
随着半导体器件的集成化程度的提高,元件间距的减小,半导体厚度的变薄,电子设备受到瞬态过电破坏的可能性越来越大。
如果一个电涌导致的瞬态过电压超过一个电子设备的承受能力,那么这个设备或者被完全破坏,或者寿命大大缩短。
雷电是导致电涌最主要的原因,雷电击中输电线路会导致巨大的经济损失。
每一次电力公司切换负载而引起的电涌都缩短各种计算机、通讯设备、仪器仪表和PLC的寿命。
另外,大型电机设备、电梯、发电机、空调、制冷设备等也会引发电涌。
UPS也可被电涌摧毁。
建筑物顶部的避雷针在直击雷时可将大部分的放电分流入地,避免建筑物的燃烧和爆炸。
UPS不间断电源可处理电压的严重下降。
二者非常有用,但都不能保护计算机免受电涌的破坏,而且UPS本身集中很多微处理器,也可被电涌摧毁。
由于基准站主要设备架设于露天制高点,雷电和电涌防护可以分为电力线、通信线、射频线、露天设备防护等几方面,采用不同的避雷器件完成,有关器件的技术规格与设计施工。
采取的具体措施如下:
●电力线进入UPS之前,加装电力线电涌防护设备,隔离UPS和电力线。
设备选型为四川中光高科公司的ZGSD60电力线保护器(器件外型参见图2.9)。
●GNSS天线进入主机前,加装电涌防护设备,设备选型为四川中光高科公司的产品。
(器件外型参见图2.10)
图2.9电力线电涌防护图2.10射频线避雷装置
第3章系统控制中心子系统
系统控制中心是整个CORS系统的神经中枢。
系统控制中心主要由内部网络、数据处理软件、服务器和外部网络等组成,通过SDH专线实现与基准站间的有线连接,通过路由器实现内网服务器与外网服务器的数据通讯。
系统控制中心经调试后已投入使用,达到设计书要求的功能:
数据处理、信息服务、网络管理、用户管理。
网络结构如下图所示:
图3.1网络结构图
3.1功能与实现
3.1.1工作流程
图3.2系统数据运行关系图
(1).数据传输
固定参考站通过NRSCenter将GPS观测数据实时地传送给NRSNet,固定站也可以给NRSServer发送差分数据。
(2).数据处理
NRSNet对所有观测数据进行完善性进行检测,进行质量检测,以去除大的粗差并修正周跳(VRS模型);
NRSNet进行网络RTK服务端的数据处理,实时解算全网模糊度并建立实时的改正模型(包括对流层改正、电离层改正和轨道改正)。
(3).用户应用
流动站连接应用子系统NRSServer并发送GGA;
NRSServer给流动站发送差分信息。
如果是单基站模式,NRSServer将唯一的固定站发送来的差分信息转发给流动站;
如果是多基站模式,NRSServer在挂载于其上的基准站列表中选择最靠近流动站的基站,将其发送过来的差分信息转发给流动站;
如果是NRS模式,NRSServer将用户位置信息传送给NRSNet,NRSNet在可以提供服务的三角形列表中,选择离流动站最近的三角形(流动站在选择的三角形内时为网内服务,在选择的三角形外时为网外服务)。
NRSNet根据选择三角形的改正信息在流动站附近虚拟一个参考站,然后将网络参考站的差分数据发送给NRSServer,NRSServer再将差分数据转发给流动站。
流动站收到差分信息后,进行差分定位(RTK或RTD)
3.1.2数据处理
该功能主要是对各基准站采集并传输过来的数据的质量进行分析和评价,并对这些数据进行多站数据综合和分流,建立系统综合误差模型,进行RTK实时计算和服务、数据存储。
该功能的实现主要是由NRSNet软件实现。
目前,系统控制中心可输出的数据有:
(1).RTCMV2.3伪距差分修正信息:
服务于亚米级差分定位和米级定位导航的用户。
(2).RTCMV2.3/RTCMV3.0/CMR相位差分修正信息:
服务于厘米级、分米级定位的用户。
(3.)RINEXV2.0/2.1原始观测数据:
服务于测绘行业、国土管理和城市规划部门的高精度控制测量和重要设施的变形监测以及土地、林业、农业、电力、水利、电信等部门的事后差分定位。
图3.3NRS-Net软件构网图
图3.4NRS-Net软件基站卫星信息图
图3.4NRS-Net软件基站数据质量分析
3.1.3信息服务
该功能用于实现向各类用户提供数据服务。
系统控制中心由NRSSERVER软件通过外网服务器进行播发,支持TCP/IP和NTRIP协议。
●登录方式:
支持Internet/GPRS/CDMA登录播发差分数据给用户。
图3.5登录用户管理图
图3.6软件电子地图显示
图3.7IE查看服务器域名
3.1.4网络管理
整个系统控制中心系统由城域网(LAN)连接和广域网(INTERNET)形成,作为网络中心,内部网络与外部网络物理隔离,以提高整个系统的网络安全性,网络管理采用专用服务器:
对网络监视、运行及管理。
3.1.5用户管理
系统控制中心对所服务的各类用户进行管理,包括以下内容:
●用户测量数据管理;
●用户登记,注册,撤消,查询、权限管理。
图3.7用户管理界面
3.1.6其他功能
系统控制中心还具备有以下功能,通过NRS-NET软件实现。
●采用RTK算法进行完备性检查;
●采用DEEP-NRS技术,使网的可用性大大提高;
图3.8DEEP-NRS技术示意图
●系统可直接进行转换参数和水准模型的播发,加强数据的保密性能;
图3.9参数播发界面
3.2设备选型
EEDS-CORS网络是建立在现代计算机互联技术上的城市范围的计算机网络(在计算机行业中称为“城域网”)。
各基准站作为系统网络的叶子节点,系统控制中心作为系统的中心节点,整个体系是以系统控制中心为中心节点的星型网络。
作为中心节点的系统控制中心是系统的管理与处理中心,它的结构与性能会直接影响整个系统的运行与可靠性。
系统控制中心的设备主要是计算机和网络部件等,网络形式采用10M分布式结构,网络协议为TCP/IP。
表3.1网络设备列表
序号
设备名称
规格型号
厂家品牌
备注
光缆
12芯
共计22.6KM
2
网络机柜
网门
图腾
3
SDH光端机
metro100
华为
4
接入路由器
AR28-10
QuidwayAR28-10路由器主机(100-240VAC)(1高速同异步串口/100-240VAC/1FE/2SICslots/1MIMslot)
5
24口交换机
LS-2326TP-SI-AC
S2326TP-SI主机(24个10/100Base-T,2个百兆Combo口(10/100BASE-T+100Base-X),交流供电)
图3.10网络拓扑图
表3.2控制中心设备列表
产品型号规格
产地
数量
专用软件
SOUTHNRS(V2.0)
中国
操作系统
Windows2003Server
美国
磁盘阵列
Nexsan
服务器
Delledge2900
LCD显示器
DELLLCD
7
机柜
图腾KB6042
8
电涌防护
中光高科
9
UPS
山特3C10KS
10
蓄电池
CSBGPL121000
6
第4章用户应用子系统
4.1功能实现
用户按照精度可以分为厘米级、分米级、亚米级、米级等几类。
按应用领域则可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)等几类,各领域的用户使用不同精度的差分信息。
表4.1是对用户群落的基本分析。
可以看出,通过EEDS-CORS系统的事后数据服务可达到毫米级定位精度,通过实时数据服务则可获得厘米级定位精度。
虽然导航类用户的定位精度只需要达到米级,但由于GNSS标准定位服务SPP的精度远不能满足要求,因此向导航类用户提供码差分数据服务仍是EEDS-CORS系统重要的服务内容。
目前EEDS-CORS系统的主要服务对象是实时厘米级的测绘类用户以及导航类用户。
表4.1EEDS-CORS用户群落分析
域
主要用途
精度需求
可用性需求
实时性需求
测绘工程
测
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