北斗地基增强系统建设专业方案.docx

1.1 构建地基增强系统
地基增强系统是基于BD/GPS卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技，经过在一定区域布设若干个GNSS连续运行参考基站（CORS），对区域GNSS定位误差进行整体建模，经过无线数据通讯网络向用户播发定位增强信息，提升用户定位精度，且定位精度分布均匀、实时性好、可靠性高。地基增强系统辅助空间卫星，能够显著或成倍提升定位和授时精度，可使终端定位精度提升到米级以内。
地基增强系统由参考站、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，各基准站和监控分析中心间经过数据传输系统连接成一体，形成专用参考站网络，数据传输系统和定位导航数据播放系统共同完成通信传输。
北斗卫星地基增强系统是动态、连续空间数据参考框架，可快速、高精度获取空间数据和地理特征，它也是区域计划、管理、决议基础。
1.1.1建设标准
北斗卫星地基增强系统建设将坚持“技术优异、高效可靠、经济实用和易于扩展”基础标准。
1）总体计划、分步实施
系统建设中，应先行进行总体计划和设计，全盘考虑系统建设目标。依据总体计划指导和要求，进行项目标分期建设设计和实施，避免不合理建设投入。
2）优异性
系统拟采取BDS/GPS技术融合了网络RTK技术和PPP技术各自优势，充足借鉴了网络RTK和PPP技术工作模式，所以其技术本身可含有以下优势：
(1)北斗为主，兼容GPS、GLONASS系统。含有BDS独立组网进行高精度定位增强能力，同时提供CGR三系统、CG双系统、CR双系统、GR双系统等4种组合定位增强模式，实现 GEO/IGSO（高轨）卫星和MEO（GPS/GLONASS中圆轨道）卫星联合解算技术。
(2)区域网络RTK和广域PPP技术融合统一，区域CORS网内和网外用户采取同一套数据处理软件，相同数据处理模式，实现区域增强和广域增强服务自动无缝切换，含有近海高精度定位增强服务能力。
(3)坐标同时兼容CGCS和WGS 84坐标系统。
(4)现有GPS B 级点能够结合IGS 站点，实现CJK-CORS监测系统中基准点坐标联测起算点。
3）可靠性
(1)系统设计充足考虑系统运行可靠性和个BDS/GPS定位技术可靠性。从系统设备布署、基准站布网分布、系统软件自适应性及可靠性、合理高效备份机制等方面，确保系统全天候、稳定正常运行；
(2)系统设计以北斗信号为主，兼容GPS、GLONASS信号，对于GPS定位技术而言存在更多冗余性，有利于提升定位精度和可靠性。对于北斗三星GPS CORS系统监测，其在扩展时间可用性同时，能有效地缩短初始化时间。
(3)全方位完好性监测方法和预警技术。对导航星座、CORS基站、大气扰动、网络环境、硬件设备进行实时监测，面向系统决议层、系统管理员和终端用户各自不一样需求，建立对应系统完好性参数化模型，实时公布完好性差分数据、监测数据和预警信息，提升系统服务可靠性和完备性。
3）资源集约利用
(1)利用一带一路周围现有基站站可利用设施，在其基础上扩展CORS监测系统，尽可能避免反复投资。
(2)在确保系统性能指标和质量不受影响情况下，采取合理、节省方法设计系统，尽可能节省工程建设总费用。
4.易用可扩展
(1)系统设计要确保系统建成后易用性，包含系统管理、系统维护、用户应用易用性，用户端实现简单培训后即可操作作业，管理端进行短期培训实习后能够进行系统管理和维护，避免人员变动而造成损失。
(2)系统建设过程中，应充足考虑和如地震监测、测绘院等其它部门技术融合，预留相关建设场地和数据处理接口，使系统建设完成后可根据用户需求后期扩展服务。
1.1.2建设目标
系统遵照“立足测绘，服务一带一路”总体目标：以一带一路关键区域沿线范围为主、以北斗为主体、兼容其它GNSS卫星、统一多系统、高精度GNSS地基增强系统网络。经过在一带一路关键区域沿线范围内布设北斗地基增强参考站，建设覆盖一带一路关键区域高精度增强定位系统，为国家一带一路战略提供空间基础数据。可向系统覆盖区域内用户提供多种不一样精度位置和时间信息服务，以满足一带一路建设计划、设计、施工、运行应用定位、导航和时间服务实际需求。
1）建立和维持新一代高精度B控制网基础框架。
2）结合区域似大地水准面精化结果，向测绘及相关应用行业提供高精度、连续、动态、三维空间坐标参考框架。
3）为现代测绘基准体系建立和完善提供平面和高程基准基础设施，为空间技术应用及其产业化服务提供基准保障。
4）基站为监测中心服务器提供原始数据，满足监测软件需求。
1.1.3建设内容
1）改造/建设长一带一路连续运行基站接收设施；
2）建立控制中心，基于现有资源，实现基准站到控制中心实时传输并对各站点数据进行质量检验、冗余备份链接；对接入系统基站数据进行同时并建立电离层、对流层模型；监控各基准站运行，并实现服务和不一样系统实时数据共享；
3）建设数据中心，存放不一样采样间隔和不一样时段BDS/GPS 原始观察数据，存放包含BDS/GPS 原始观察数据、存放网络模型文件、进行数据质量检验和转换；
4）建立一带一路服务中心，基于网页用户管理系统；利用Internet向同意用户提供基准站原始观察数据下载服务；利用电台方法向一带一路地域用户提供实时RTK服务，同时为用户提供扩展二次开发接口；
5）建立参考站和控制中心之间通讯连接；
6）监测基准站站点位移情况；实时进行站点监测，定时（每三个月）加入高等级控制点进行整网解算，保障基准框架稳定，建立数据平台；
7）监测站点现场温湿度；
8）监测站点差分数据发射是否正常；
9）监测站点BDS/GPS数据链信号强度、站点BDS/GPS星空图；
10）监测GPRS路由器GPRS流量；
11）建设常规RTK差分信息发播系统。

1.1.4系统性能指标
项目
内容
技术指标
覆盖网络
网络RTK
关键区域95%以上覆盖
DGPS
CORS网内及网外100km
PPP
不受限制
服务领域
导航
交通监控、地理信息采集、数据更新
定位
测绘、地籍、计划、工程建设、变形监测、地壳形变监测
系统精度
动态参考基准
地心坐标坐标分量绝对精度不低于0.05米
基线向量坐标分量相对精度不低于3×10-7
网络RTK

事后精密定位
变形监测
导航
定时
水平≤3cm，垂直≤5cm（平坝、丘陵），垂直≤8cm（山区）
水平≤5mm，垂直≤10mm
水平≤5mm，垂直≤10mm
单机精度≤1.5m，垂直≤3m
水平≤100ns，多机同时≤10m
可用性
定位
95%（365天），95%（天）
稳定性
报警时间
<6秒
误报率
<0.3%
兼容性
定位导航
原始GNSS数据格式采取RINEX格式，实时差分数据采取RTCM3.X格式，兼容各类接收终端及后处理软件
卫星信号
北斗B1、B2、B3
L1C/A码L1/L2 P码
扩展支持GLONASS LI L2
接收机、终端
中国主流GNSS接收终端
用户容量
实时用户
GSM、GPRS、CDMA方法多用户同时使用
事后处理用户
无限制
1.1.5系统组成
北斗卫星地基增强系统设计将根据严格现代计算机网络规范和标准。整个系统是以参考站网为中心节点星型网络。建立在高速广域网（100M）上，网络采取TCP/IP协议，服务器操作系统采取Windows Server，基准站采取基于LINUX系统设计专业网络基准站接收机。

参考网子系统：卫星定位数据跟踪、采集、传输、系统可靠性（完备性）监测。
控制中心子系统：接收并控制各基准站发回数据。检验各基准站工作情况；对数据进行分析、处理、存贮、管理。形成一定格式数据文件，发送给用户。
通信子系统：将基准站观察数据传到中心系统包含GNSS差分数据、定位数据实时发送给用户，经过Internet网络公共通讯网络、专用无线网络、电台公布GNSS数据。
用户终端子系统：包含高精度卫星接收机、手机、车载终端等GNSS信号接收，实时差分解算，事后处了解算。
1.1.6系统总体结构
北斗卫星地基增强系统是以参考站中心为中心节点星形网络。中心建立在高速局域网互联上。关键由参考站网、通信网、控制中心和用户部分组成。系统网络协议基于TCP/IP服务，参考站接入关键使用光纤或有线数据网络。中心服务器采取分布式布署方法结合多个优异架设、安装、防护、存放手段。

1.1.7系统步骤
系统数据流能够分为内部和外部数据流两类，内部数据流是指在连续运行参考站内部交换流量数据，其关键特点是不不对外公开；外部数据流是连续运行参考站和系统用户之间进行交换流量数据，这两类数据经过连续运行参考站各个子系统进行交换处理。

1.1.8参考站分布设计
依据《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》要求，北斗卫星地基增强系统属于区域参考站网，根据区域参考站网布设距离要求要求：
实时定位精度：
分米级
厘米级
参考站距离：
50-150Km
20-80Km
1.1.9参考站网系统
参考站网系统是北斗卫星地基增强系统数据源，用于实现对卫星信号捕捉、跟踪，卫星数据统计、传输。为了满关键区域大部分地域用户能够得到厘米级网络RTK定位服务，实现高精度定位能力。
基准站作为地面增强系统关键组成部分，CORS基准站设计为无人职守型。CORS基准站跟踪视野内全部卫星，自主完成导航卫星数据接收、采集、处理、存放、传输和自动监测报警和远程控制和管理等功效。其中导航卫星数据接收、采集、处理、存放和传输是基准站必备功效，而自动监测报警和远程控制和管理可依据系统建设要求和实际情况来选择。本系统中基准站含有以下功效：
（1）导航卫星数据接收、采集和处理
基准站接收北斗/GPS导航卫星信号，包含卫星广播星历、载波观察数据、C/A码、P码和时钟数据等。
基准站接收机天线接收到卫星信号需要经过解译后才能够用于导航定位。经过解译后卫星数据格式有TrimCom数据、TR17数据和TRCM数据等。
（2）导航卫星数据传输
基准站接收到导航卫星信号并解译后，需要将数据实时传输到中心系统。现在基准站接收机本身带有网路传输通道（即从导航接收机到公网或专线通信线路传输路径），能够直接将数据传输到网络，无需再配置计算机。网络传输通道通常经过光纤协议转换器、VPN路由器和ADSL调制解调器等专用设备实现。
（3）导航卫星数据存放
基准站采集数据实时传输到数据和服务中心，中心会对数据进行存放。不过假如出现通信中止、基准站通信设备故障等意外情况，数据将无法传输到数据中心，这么会造成中心系统无法存放该时间段卫星数据，从而影响后续差分数据处理。所以，基准站本身应含有存放卫星数据能力。当网络故障排除后，管理员能够经过手工操作方法把缺失观察数据从基准站下载并传输到中心系统进行存放。
（4）自动监测报警
基准站监测报警功效指基准站在运行出现故障时，向中心系统发出报警信息，以供管理者决议。
导航接收设备运行情况监控和报警通常由导航接收机本身或外接接收机向中心系统传输接收机和天线状态数据，包含接收机数据质量、卫星状态、数据完好性等。当接收机运行出现异常时，接收机向中心系统发送警报，并同时发送故障信息。
电源运行状态通常经过UPS电源来远程监控。供电出现异常时，UPS将向中心系统发送警报，并以文字形式说明异常信息。
网路设备监控关键针对网络交换机、VPN等设备运行状态进行监控。监控信息包含网络通路状态、网络传输速率和数据延时等信息。当网络设备处于异常时，中心系统能够监控到网络设备故障，并远程进行处理。
（5）远程控制和管理
基准站远程控制和管理关键实现中心系统以远程方法进行基准站设定、控制和运行检测等功效。具体包含三个关键方面：
远程参数设置：包含基准站接收机设置、计算机设置和网络设置等。
远程系统控制：包含控制接收机采样速率、网路数据流向和基准站定位基准等。
远程状态检测：包含接收机检测、接收机检测、网路设备检测和UPS电源检测等。
参考站关键由室外设备和室内设备两大部分组成。室外设备通常包含天线基体（即天线墩）、天线固定装置、导航接收机天线、导航信号发射天线和防雷设备。其中防雷设备又包含直击雷防雷装置、感应雷防雷装置和接地网装置。室外设备关键功效是接收导航卫星数据和在战时发射北斗导航卫星模拟信号，同时保护基准站设备。
室内设备关键包含多模导航接收机、电涌保护器、UPS电源、网络设备和机柜等。关键功效是进行室外接收到导航数据处理、存放和对中心系统传输。
高精度BDS/GPS基站接收机：

GNSS接收机
关键特点：
n 采取BDS+GPS双星五频GNSS模块，支持单北斗定位、单GPS定位及北斗+GPS联合定位；
n 高度灵活分体式接收机、天线设计，适适用于多种变形监测、网络参考站、驾考系统、机械控制等系统集成应用；
n 内置伏光电隔离，对接收机有效进行过流过压保护，预防雷击；
n 支持GPS信号和L2C现代化改造后GPS信号；
n 时间同时支持1PPS实时输出；
n 支持网格平面坐标输出，无需第三方软件做投影转换；
n 支持自动差分，差分格式支持RTCM2.X、RTCM3.X和CMR；
n 两个电源接口，两个串口，满足更多需求使用；
n 内部储存为100M，可设置自动统计原始数据；
n 可远程设置、下载、查看数据等等。
1.1.10控制中心系统
控制中心是整个系统关键单元，和各基准站之间采取有线网络通讯，并以无线网络和其它通讯方法作为冗余备用链接。
作为整个服务系统关键，中心要求含有有以下功效：数据处理、系统运行监控、信息服务、网络管理、用户管理。
（1）数据处理
负责对各基准站采集并传输过来数据质量分析和评价，对一些数据（如导航）进行多站数据综合、分流，形成统一格式差分更正数据。根据测绘及定位导航要求，管理中心应输出数据结果有：
1）RTCM V2.1/V2.3伪距差分修正信息：服务于米级定位导航用户。 2）RTCM V2.1/V2.3/V3.0相位差分修正信息：服务于厘米级，分米级定位用户。
3）网络RTK差分修正信息VRS：服务于网络RTK用户。
4）RINEX v2.1原始观察数据： 服务于事后毫米级定位用户。
（2）系统监控
对各基准站运行中设备安全、正常性进行监控管理，可远程监控基准站卫星定位设备工作参数、检测工作状态、发出必需指令、改变各基准站运行状态。数据中心要求能够对整个定位服务网络卫星基准站网子系统进行实时、动态管理。
1）对基准站设备进行远程管理。 2）对基准站进行设备完好性监测。
3）网络安全管理，严禁多种未授权访问。 4）网络故障诊疗和恢复。
（3）信息服务
对各类用户提供导航定位数据服务，地理信息中相关坐标系、高程系（似大地水准面精化工作完成后）转换服务。数据中心向控制区域进行数据播发，可适应以下通信模式：
1）GPRS/CDMA方法：采取基于移动无线上网方法向用户公布数据信息。
2）事后数据公布：采取基于Internet或广域网方法向用户提供事后精密定位服务。
（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。关键性能有：
1）FTP 服务器：支持匿名和使用密码两种方法登录。
2）WWW服务器：网络多媒体数据信息服务器。主页是连续运行GPS基准站系统，向全球及中国用户发播多种信息。
3）网络管理专用计算机：对网络监视、运行及管理（包含计费）。
（5）用户管理
数据中心对所服务各类用户进行管理，包含：
1）用户计费管理。系统管理员将依据用户使用时间、时段、次数和通讯方法生成表格，以方便管理部门根据一定制度进行计时计费。
2）用户登记、注册、撤消、查询、权限管理。系统管理员可方便增减用户，依据用户不一样精度需求提供对应精度权限，查询统计某用户使用情况。
（6）其它功效
1）含有一定自动控制能力，降低系统管理员工作量。 2）对系统完备性进行监测，并提供最好计算方案。 3）有足够扩充能力，可适应基准站数量增加。
实时网络处理软件：
软件系统由关键解算软件、多种传感器接入软件和监测软件组成。
关键解算软件利用改善参考站间高程差异大内插模型，建立整网对流层延迟、电离层延迟等误差模型，为移动用户提供优化后空间误差更正数。改善后虚拟参考站能提供更可靠、精度更高网络CORS服务。
技术指标：

(1) 支持BDS+GPS+GLONASS (预留伽利略系统)；
(2) 自主研发VRS新型解算技术；
(3) 多个定位服务模式，多个数据格式解算和兼容；
(4) 支持多个网络化协议，如：Ntrip、TCP/IP；
(5) 多样化、多性能基站管理系统 ；
(6) 实时多路径监测；
(7) 网络信号监控；
(8) 多样化地图支持；
(9) 自动组网技术；
(10) 实时数据传输技术。

(1)在线监控和差分状态查看；
(2)多样化日志管理 ；
(3)实时地图查看和搜索；
(4)稳定运行性能；
(5)人性化用户管理（支持二次开发）。
软件采取B/S结构开发模式， 能够灵活安全操作权限管理，设置使用者登录用户名密码，系统提供操作员管理功效，能够针对每个操作员和每个操作菜单进行单独权限设置，设置方法灵活方便。操作密码等关键数据全部进行了加密处理，方便快捷操作界面，能够进行报警，手机推送，查询设备状态，生成变形监测报表。
1.1.11通讯系统
北斗卫星地基增强服务系统是一项综合系统工程，包含硬件设备、软件平台、资源配置、计算机网络、人力调配等方面。系统长久稳定运行基础是要建立一个良好数据通信子系统。数据通讯子系统由四个部分组成，一是数据中心分布式千兆网络，二是基准站到数据中心组建有线网络，三是基准站到灾备数据中心组建无线或其它通信网络，四是数据中心向用户发播通讯网络。
数据通信子系统能够实现以下功效：
1）数据中心分布式网络支持中心计算机、网络设备千兆数据传输，并提供向外界用户下载基准站数据连接界面。
2）各个基准站和数据中心及灾备数据中心利用网络资源，构建基准站数据传输使用VPDN网络、3G无线网络、光纤专线。
3）用户终端用户能够实时向数据中心发送处理请求，数据中心立即将差分更正数据发播给用户。
4）网络系统采取开放式、标准化结构，含有良好功效扩展和升级能力。 5）含有一定网络安全机制。
1.1.12用户终端
用户终端接收北斗、GPS等导航卫星信号外，还需接收CORS中心站发送差分信息，用户终端通常包含：和CORS中心站通讯功效，导航卫星信号接收、处理功效。
（1）信号跟踪
跟踪通道数：>48
跟踪频段：BeiDou B1，B2；GPS L1-C/A，L1/L2-P（Y），L2-C，L1和L2载波相位
（2）技术特点
支持实时静、动态双频RTK解算，同时支持单BD-2解算模式；
高可靠载波跟踪技术，大大提升了载波精度，为用户提供高质量原始观察数据；
全方面兼容高精简报文，易于数据传输及配套软件应用开； 差分格式支持：CMR，CMR+，RTCM2.1，RTCM2.2，RTCM2.3，RTCM3.0，RTCM3.1； 输出格式支持：NMEA0183、PJK平面坐标、二进制码； 网络模式支持：VRS,FKP,MAC，支持NTRIP协议
（3）精度指标
RTK水平精度：±1cm+1ppm RTK垂直精度：±2cm+1ppm 码差分定位精度：0.45m(CEP) 单机定位精度：1.5m(CEP)
（4）数据通讯
UHF数据：集成度高，稳定提升电台作用距离
网络数据：GPRS（3G/CDMA可选配）网络通讯模块，国际通用，自动网络登录，兼容多种CORS系统接入
其它通讯：WiFI，bluetooth等，能够自由切换，适应多种工作环境。
RTK高精度终端：