本项目自2006年4月开始至今,以武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS系统)为基础,结合鄂州基准站建设实例,针对区域性连续运行卫星定位服务系统的建设(扩建)、运营管理、实践应用等方面一系列内容展开研究,取得了多项成果,对各地CORS系统建设和运营有着有益的参考作用和积极的借鉴价值。
应用领域和技术原理
区域性连续运行卫星定位服务系统通过在不同行政区域范围内建立的永久性参考站,通过网络互联,构成新一代的网络化的大地测量系统,不仅可以向各级测绘用户提供高精度、连续的时间和空间基准,并可向导航、时间、灾害预报等部门提供各种数据服务,是数字区域基础设施之一。本项目围绕区域性连续运行卫星定位服务系统展开研究,属地球科学领域,同时也涉及测绘科学技术、计算机科学、电子通信等学科。
国内外研究现状
目前,国内多个城市已经建立了城市级CORS系统,但对跨区域CORS系统建设的关键技术,如数据通讯、基准传递与统一、坐标转换,以及CORS系统运营管理等缺乏相关的研究成果和技术规范,特别是CORS系统与区域似大地水准面精化的实时应用研究、CORS系统与3S技术的集成应用等方面缺少相应的成功案例。
主要技术内容
本项目研究内容主要包括:
1、利用3S(GPS/GIS/RS)集成技术,结合数据库、网络、工作流等技术,研制WHCORS用户管理系统。实现对用户的实时、可视化管理及Web服务;
2、对跨市域系统扩建中的数据通讯方式进行研究。通过对长途数字电路(SDH)和ADSL VPN两种数据传输技术进行深入研究,从技术特点、安全性、先进性以及使用成本等方面进行比较研究,解决了跨区域CORS系统实时数据通讯以及多种数据通讯方式融合的技术难点;
3、跨区域动态参考框架建立与不同地方坐标系坐标转换方法研究。研究提出了跨区域动态参考基准建立和数据处理方法;在此基础上,通过对多种坐标转换原理及方法的研究,解决了CORS系统下不同地方坐标系成果实时定位的技术问题;
4、CORS系统稳定性监测与数据处理方法研究。根据WHCORS系统与国际IGS跟踪站多次观测数据联合处理的松弛解,考虑参数的随机扰动,施加新的约束,利用卡尔曼滤波方法和马尔柯夫过程原理处理作为时间序列的基准站坐标等参数,并利用相似变换方法把每期结果平移和旋转到所定义的参考框架中,由此建立区域性CORS系统位移速率或位移。一方面维持武汉市三维动态基准与国家基准的一致,另一方面通过对不同时间序列基准站的位移变化分析,建立CORS系统基准站速度场,并分析系统内部相对关系,探索稳定性监测数据处理与分析方法,建立周期性监测机制,准确掌握其变化规律,保障用户定位的精确;
5、CORS系统与似大地水准面精化模型相结合的实时应用。由于CORS系统实时定位高程成果为GPS大地高,且高程定位精度有限,客观上限制了CORS系统定位成果的应用领域和范围。在武汉市区域似大地水准面精化完成后,通过对CORS系统差分改正信息RTCM格式数据的编码和解码,在国内首次提出和实现了区域似大地水准面精化与CORS系统结合三维实时定位的解决方案,不仅实现了GPS水准高程成果的实时采集,而且提高了高程定位精度。
6、CORS系统用户应用情况分析。根据WHCORS系统用户三年来的使用情况,分别对不同行业、不同精度需求以及不同数据格式用户的统计分析,分析了各类用户使用情况和数据流量的变化趋势,为CORS系统的推广应用提供了方向和奠定了基础。
主要技术创新点
1、利用3S(GPS/GIS/RS)集成技术,结合数据库、网络、工作流等技术,研制完成WHCORS用户管理系统。
2、采用先进的跨区域长途数字电路(SDH)进行数据通讯,解决了CORS系统扩建中远距离数据传输的问题,不仅大幅降低了建设成本,而且具有数据传输稳定、速率快、安全性好等特点。
3、在国内首次探索了基于CORS系统的区域基准稳定性监测及评价方法,建立了较为完善的监测机制和数据处理分析方法,为区域基准稳定、高精度变形监测以及CORS基准维护提供了参考依据。
4、在国内首次提出了区域似大地水准面精化模型与CORS系统结合应用解决方案,在分析CORS系统差分信息RTCM格式数据、Ntrip协议以及区域似大地水准面精化Shepard方法的基础上,实现了基于地方平面坐标系统和高程系统的实时定位,分析和验证了其精度。
作用意义
WHCORS用户管理系统的完成,实现了对系统用户的实时、可视化管理及Web服务,为系统管理提供了科学、方便、高效的保障,为用户提供了优质、准确、便捷的定位服务。通过跨市域参考站网建设关键技术研究,成功实施了鄂州基准站建设和应用,为区域性连续运行卫星定位服务系统建设积累了宝贵经验。基于CORS系统基准站的区域基准稳定性评价工作的完成,不仅为CORS系统定位成果的可靠性提供了保障,也探索了一条新形势下区域基准维护的新思路和方法。似大地水准面精化模型在WHCORS系统中实时应用的实现,为用户提供了具有实用价值的准确海拔高程,大大降低外业水准工作量。系统实时用户分析报告,为后续的深入研发和推广提供了科学参考。
本项目的完成,不仅对WHCORS系统的推广应用产生极大的促进作用,进一步提高了测绘保障服务能力,同时为其它各地CORS系统的建设和运营提供了有益的参考和借鉴,对加快我国“数字城市”、“数字区域” 进程,具有积极的促进作用和广泛的应用价值。