1、GPS實(shí)時動態(tài)定位技術(shù) 的發(fā)展與應(yīng)用,四川省地震局,廖華 2007年10月, GPS概述,什么是全球定位系統(tǒng)（GPS）,全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）是美國從上世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時三維導(dǎo)航、定位與授時能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 GPS以全天候、高精度、 自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。,GPS 系統(tǒng)的組

2、成,GPS由三個獨(dú)立的部分組成： 空間部分 地面支撐系統(tǒng) 用戶設(shè)備部分,32顆衛(wèi)星 6個成55角的循環(huán)軌道面 每個軌道面有56顆衛(wèi)星 高空軌道 高度為2萬公里 一個近似回歸的軌道面 周期為12小時 精確的軌道面 適應(yīng)能力強(qiáng) 覆蓋范圍廣,空間部分的說明,地面支撐系統(tǒng)說明,地面支撐系統(tǒng) 1個主控站 5個監(jiān)控站 3個注入站 主控站 即衛(wèi)星操控中心，位于科羅拉多斯普林斯的佛肯空軍基地，任務(wù)是收集各監(jiān)控站送來的數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星軌道和鐘差參數(shù)并發(fā)送到各注入站 監(jiān)控站 共5個，除了主控站外，分別位于美國的夏威夷、北太平洋的卡瓦加蘭島、印度洋的迭哥加西亞島、大西洋的阿松森島。主作用要是監(jiān)測和跟蹤衛(wèi)星。 注入站

3、共3個，與三大洋的監(jiān)控站并置。主要作用是將主控站送來的衛(wèi)星星歷和鐘差信息每天一次注入衛(wèi)星的存儲器中。,用戶設(shè)備部分說明,主要是接收機(jī)。作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。,GPS現(xiàn)代化計劃,保護(hù) 采用一系列措施保護(hù)GPS系統(tǒng)不受敵方和黑客的干擾，增加GPS軍用信號的抗干擾能力，其中包括增加GPS的軍用無線電信號的強(qiáng)度。 阻止 阻止敵方利用GPS的軍用信號。設(shè)計新的GPS衛(wèi)星型號（F），設(shè)計新的GPS信號結(jié)構(gòu)，增加頻道，將民用頻道L1、L2、L5(1.17645GHz)和軍用頻道L3、L4分開。 改

4、善 改善GPS定位和導(dǎo)航的精度，在GPSF衛(wèi)星中增加兩個新的民用頻道，即在L2中增加CA碼（2005年），另增L5民用頻道（2007年）。,有多少全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)？,目前，世界上正在運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有兩大系統(tǒng)：一是美國的GPS系統(tǒng)，二是俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)。近年來，歐洲也提出了有自己特色的GALILEO全球衛(wèi)星定位計劃。 未來在太空中的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將形成美、俄、歐操縱的GPS、GLONASS、GALILEO三大系統(tǒng)，該三大系統(tǒng)被統(tǒng)稱為GNSS系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System)。,GLONASS定位系統(tǒng),GLONASS是GLO

5、bal NAvigation Satellite System(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的字頭縮寫，是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國GPS系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測控制站和用戶設(shè)備三部分組成。現(xiàn)在由俄羅斯空間局管理。 衛(wèi)星分布軌道面數(shù):3 每軌道衛(wèi)星個數(shù):8 衛(wèi)星總數(shù) 24顆 軌道傾斜角: 64.8 軌道高度: 19100 km 運(yùn)行周期: 11小時15分,伽利略（GALILEO）定位系統(tǒng),獨(dú)立于美國,由歐共體共建,計劃投資3236億歐元,2008建成； 衛(wèi)星分布軌道面數(shù):3 每軌道衛(wèi)星個數(shù):10 衛(wèi)星總數(shù) 30顆 軌道傾斜角: 56度 軌道高度: 23616km 運(yùn)行周期

6、: 14小時4分, GPS是如何定位的？,GPS是如何定位的?,GPS不間斷的發(fā)布自身的時間信息和位置等信息,GPS接收機(jī)通過對碼的量測或和對載波相位的測量就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，得到至少4顆衛(wèi)星的觀測距離,就可交會出GPS接收機(jī)的位置,GPS信號,GPS衛(wèi)星基本觀測值,碼觀測（距離, C/A:3m, P碼:0.3m）,相位觀測（距離/有模糊值, L1, L2 載波，12mm）, GPS的定位方式,按定位方式，GPS定位分為： 單點(diǎn)定位 相對定位(差分定位),單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，分為常規(guī)單點(diǎn)定位和精密單點(diǎn)定位。,常規(guī)單點(diǎn)定位 采用一臺GPS接收機(jī)，接

7、收GPS衛(wèi)星信號(C/A碼)，獨(dú)立計算出當(dāng)前所處位置。 優(yōu)點(diǎn)： 距離無限制 通訊無需通訊 操作簡單方便 缺點(diǎn) 精度：10米，精度低,精密單點(diǎn)定位,Precise Point Positioning，簡稱為PPP。 原理 利用這種預(yù)報的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺GPS雙頻雙碼接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以2-4dm級的精度進(jìn)行實(shí)時動態(tài)定位或以2-4cm級的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位 精密單點(diǎn)定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球精密實(shí)時動態(tài)定位與導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，

8、也是GPS定位方面的前沿研究方向。,優(yōu)點(diǎn) 處理非差碼與相位觀測值，可利用的觀測值多且不相關(guān) 可估計位置、鐘差及對流層延遲等參數(shù) 支持靜態(tài)模式和動態(tài)模式作業(yè) 只要通訊鏈路支持，可在全球范圍內(nèi)應(yīng)用 直接得到ITRF框架坐標(biāo) 關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn) 精密衛(wèi)星軌道及精密衛(wèi)星鐘差估計 非差模糊度求解問題 相對于雙差定位模式，非差定位誤差處理更為復(fù)雜,相對定位(差分定位)是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法。它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量。,相對定位(差分定位) 采用一臺GPS接收機(jī)作基準(zhǔn)站，另一臺GPS接收機(jī)作流動站，流動站通過接收基準(zhǔn)站發(fā)布的差分改正數(shù)據(jù)，以此來修正并計算出當(dāng)

9、前所處位置。 差分又分為偽距差分(RTD)和載波相位差分(RTK)。 偽距差分的精度可達(dá)到3米級(C/A碼)和50厘米(C/A碼+L1)兩種，而載波相位差分(L1，L2)的精度可達(dá)到3厘米。,差分GPS衛(wèi)星定位,差分的目的,T1,T2,S1,站間一次差分,星際站間二次差分,消除了多項誤差影響：衛(wèi)星軌道,大氣延遲，時鐘等的誤差影響,在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面運(yùn)動，則稱為動態(tài)定位，如用于車船等概略導(dǎo)航定位的精度為10米的偽距單點(diǎn)定位，或用于城市車輛導(dǎo)航定位的米級精度的偽距差分定位，或用于測量放樣等的厘米級的相位差分定位（RTK），實(shí)時差分定位需要數(shù)據(jù)鏈將 兩個或多個站的觀測數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)?/p>

10、一起計算。 在定位觀測時，若接收機(jī)相對于地球表面靜止，則稱為靜態(tài)定位，在進(jìn)行控制網(wǎng)觀測時，一般均采用這種 方式由幾臺接收機(jī)同時觀測，它能最太限度地發(fā)揮GPS的定位精度，專用于這種目的的接收機(jī)被稱為大地型接 收機(jī)，是接收機(jī)中性能最好的一類。目前，GPS已經(jīng)能 夠達(dá)到地殼形變觀測的精度要求，IGS的常年觀測臺站已 經(jīng)能構(gòu)成毫米級的全球坐標(biāo)框架。,網(wǎng)絡(luò)GPS定位技術(shù)的興起,GPS定位技術(shù)的幾個階段第一階段,目前,民用GPS接受的是C/A碼信號,采用偽距的方法來確定位置(以下簡稱偽距GPS),它能為GPS用戶提供10米精度的實(shí)時動態(tài)定位服務(wù)。 在測碼基礎(chǔ)上，人們通過長時間(數(shù)小時以上)測相(L1、L2

11、)，并利用事后獲得的精密星歷進(jìn)行解算而獲得兩點(diǎn)間距達(dá)110-7以上的精密測量結(jié)果,在上世紀(jì)八十年代末九十年代初，人們發(fā)展了單基站GPS實(shí)時差分技術(shù)，該技術(shù)能夠很好去除GPS信號在大氣中的傳播延遲、去除衛(wèi)星軌道誤差、鐘差、減弱多路徑效應(yīng)，極大地提高觀測精度。 單基站GPS差分技術(shù)的應(yīng)用推動了GPS應(yīng)用爆發(fā)性增長，這一技術(shù)是GPS技術(shù)應(yīng)用的重大里程碑。,GPS定位技術(shù)的幾個階段第二階段,常規(guī)RTK是建立在相對定位中流動站與參考站之間誤差強(qiáng)相關(guān)假設(shè)基礎(chǔ)之上的。即：通過同步觀測值進(jìn)行差分，消除流動站與參考站共有的系統(tǒng)誤差影響，包括：衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差，衛(wèi)星軌道誤差、以及電離層和對流層的延遲誤差等的影

12、響。 當(dāng)流動站與參考站間距離較近時，如以參考站為中心15km范圍內(nèi)，上述系統(tǒng)誤差強(qiáng)相關(guān)性假設(shè)成立。但是，隨著距離的增大，系統(tǒng)誤差相關(guān)性減弱甚至消失，雙差觀測值中的系統(tǒng)誤差殘差迅速增大，導(dǎo)致難以正確確定整周未知數(shù)，無法取得固定解，定位精度迅速下降。 為了解決常規(guī)RTK技術(shù)存在的缺陷，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)厘米級、精度均勻的實(shí)時動態(tài)定位，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。,網(wǎng)絡(luò)GPS,上世紀(jì)九十年代中期，人們提出了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時動態(tài)差分的概念，稱之為網(wǎng)絡(luò)RTK(涵蓋了網(wǎng)絡(luò)DGPS)，并在本世紀(jì)初產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)處理商業(yè)軟件，實(shí)時動態(tài)差分技術(shù)也從單基站的RTK迅速向由多基站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)RTK發(fā)展。由多基站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)GPS

13、系統(tǒng)成為了GPS技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的最新趨勢，這一技術(shù)的應(yīng)用在GPS實(shí)時動態(tài)定位領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的進(jìn)步。,GPS定位技術(shù)的幾個階段第三階段,網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù),網(wǎng)絡(luò)RTK,網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù),工作原理 網(wǎng)絡(luò)RTK也叫多基準(zhǔn)站RTK。網(wǎng)絡(luò)RTK就是在一定區(qū)域內(nèi)建立多個（一般為三個或三個以上）坐標(biāo)為已知的GPS基準(zhǔn)站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并以這些基準(zhǔn)站為基準(zhǔn)，計算和發(fā)播相位觀測值誤差改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實(shí)時改正的定位方式。 特點(diǎn) 覆蓋面廣，定位精度高，可靠性高，可實(shí)時提供厘米級定位。,網(wǎng)絡(luò)GPS的技術(shù)優(yōu)勢,提高了系統(tǒng)的可靠性、縮短了初始化時間 在網(wǎng)絡(luò)GPS系統(tǒng)下，用參考站網(wǎng)絡(luò)代替了單

14、參考站，從而可以對一個地區(qū)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行模型化，更好地削弱誤差的影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，減少了初始化的時間，并使得RTK精度在網(wǎng)內(nèi)始終均勻一致； 作用距離大幅度提高 在常規(guī)RTK作業(yè)中，流動用戶與基準(zhǔn)站的距離受到嚴(yán)格限制，在通訊良好的情況下最多不超過10千米，在城市中作業(yè)常常不能超過5千米，且作業(yè)精度隨距離的增長而下降。而在網(wǎng)絡(luò)GPS下，RTK作用距離只受網(wǎng)絡(luò)大小的限制，而與基站距離無關(guān)，同時采用公用網(wǎng)絡(luò)(GSM/GPRS/CDMA)作為通訊平臺，從而作用距離大幅度提高，消除了作業(yè)盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域測量 。 節(jié)約了投資、提高了工作效率 用戶不再架設(shè)自己的基準(zhǔn)站，不再需要一個工作組而一個人即可

15、開展測量工作，節(jié)約了用戶的硬件設(shè)備投資和基準(zhǔn)站工作費(fèi)用，并消除了基準(zhǔn)站坐標(biāo)不準(zhǔn)確帶來的系統(tǒng)誤差，從而節(jié)約了投資、減少了工作量、提高了工作效率。,下圖給出一個具有同樣定位精度的單機(jī)站RTK系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的覆蓋對比。為了有效覆蓋100km100km的區(qū)域，單機(jī)站RTK系統(tǒng)需要建設(shè)25個參考站，而網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)只需要建設(shè)4個參考站。因此為了達(dá)到同樣的覆蓋效果(精度和范圍)，單機(jī)站RTK需要的參考站建設(shè)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)RTK。,網(wǎng)絡(luò)GPS的概念及組成,關(guān)于網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)概念,網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(以下簡稱網(wǎng)絡(luò)GPS)是以VRS、FKP或主輔站等網(wǎng)絡(luò)實(shí)時差分技術(shù)為核心的、由滿足一

16、定間距要求的多個地面連續(xù)運(yùn)行GPS基準(zhǔn)站構(gòu)成的、具有為網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的GPS用戶提供以RTK和DGPS等服務(wù)功能為主的綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 它主要由連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸與通信系統(tǒng)、以及數(shù)據(jù)處理與服務(wù)系統(tǒng)等構(gòu)成。,構(gòu)成: 一個由多個連續(xù)運(yùn)行地面GPS基準(zhǔn)站構(gòu)成的基準(zhǔn)站網(wǎng) 數(shù)量:3 間距:50km70km,構(gòu)成: 一個運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)軟件的數(shù)控中心 網(wǎng)絡(luò)GPS系統(tǒng)軟件: GPSNet SPIDER VRSNET,構(gòu)成: 穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道: SDH DDN ADSL,優(yōu)點(diǎn): 擴(kuò)大了作業(yè)范圍，提高了生產(chǎn)效率 顯著地降低系統(tǒng)誤差，減少了初始化時間，提 高了精度 所有用戶在統(tǒng)

17、一建立的坐標(biāo)系框架中 個人測量系統(tǒng)，不需要當(dāng)?shù)貐⒖颊?網(wǎng)絡(luò)GPS國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,網(wǎng)絡(luò)GPS國外發(fā)展速度很快，大多是在以往稀松的CORS間增設(shè)新站，以滿足RTK的要求，很多地區(qū)已經(jīng)建立起實(shí)驗性的多參考站網(wǎng)絡(luò)，有些已經(jīng)投入運(yùn)行。 網(wǎng)絡(luò)RTK以VRS和FKP這兩種解決方案最具代表性，目前VRS(VRS, Virtual Reference Station)技術(shù)應(yīng)用更多、更為成熟一些。 VRS是基于多參考站網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPS實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，通常把VRS技術(shù)歸為網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的一種，它是在常規(guī)RTK技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來，與常規(guī)RTK技術(shù)相比有著巨大的優(yōu)勢。VRS技術(shù)對電離層、對流層等改正考慮較好、定位

18、可靠性和精度較高、作用范圍較大、精度分布均勻，最大程度上保護(hù)了用戶的設(shè)備投入和節(jié)約了人員成本，極大地提高了工作效率。由于該技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為世界上應(yīng)用最廣泛、最成功的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)之一。,從2000年起，我國深圳、香港、成都、昆明、上海、天津、武漢、北京、重慶、東皖、廣州、江蘇等各大省市采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，相繼建立了本地的城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。鑒于網(wǎng)絡(luò)GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，目前許多省市也正在積極地籌備之中。 2000年,以劉經(jīng)南院士為首的小組承擔(dān)了深圳CORS的建設(shè)，2002年建成運(yùn)行。深圳CORS是我國第一個基于VRS技術(shù)的實(shí)驗性城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，由于各方面的影響，造成

19、該系統(tǒng)在設(shè)計上、運(yùn)行上還存在一些問題，盡管如此，該系統(tǒng)的建立依然為我國今后建立類似系統(tǒng)起到了極為重要的示范作用。 2002年底，四川省地震局在成都啟動了“四川網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)” 的建設(shè)，2004年7月初步建成運(yùn)行，成功搭建了我國第一個設(shè)計最合理、運(yùn)行最穩(wěn)定、功能最完善、覆蓋面積最大的、商用化的、基于VRS技術(shù)的城市綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。 這些系統(tǒng)的成功建立，標(biāo)志著我國在這一領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和該技術(shù)在我國的應(yīng)用逐步走向成熟，引導(dǎo)我國區(qū)域性的綜合衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)從此步入一個快速發(fā)展時期。,目前國際上部分已建立的RTK網(wǎng)絡(luò),日本GEONET,GEONET由1200個連續(xù)運(yùn)行參考站組建而成

20、，站間距離約20公里，中心站位于Tsukuba的日本地理測量學(xué)會，是目前世界上最大的GPS網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)主要用于地殼變形監(jiān)測、地震預(yù)報和大地測量控制，目前又加入了厘米級網(wǎng)絡(luò)實(shí)時服務(wù)功能使得網(wǎng)絡(luò)功能大大增強(qiáng)。,瑞典SWEPOS,SWEPOS始建于1991年，1998年7月1日后在IOC精度模式下運(yùn)行，即實(shí)時精度可達(dá)米級，事后處理精度可達(dá)厘米級。其定位目標(biāo)是實(shí)時監(jiān)控可達(dá)到厘米/亞米級精度，并為該國參考框架的建立進(jìn)行服務(wù)。該網(wǎng)中的21個站分布在堅硬的巖層上，剩余10個站分布在高層建筑頂部，控制中心設(shè)在本國的Gvle,瑞士AGNES,AGNES由瑞士政府機(jī)構(gòu)操作并管理，該網(wǎng)絡(luò)大約在2000年10月份開始運(yùn)

21、行并由原來的10個基站擴(kuò)展至現(xiàn)在的幾十個基站，可提供實(shí)時DPGS和RTK兩種服務(wù)模式，用于瑞士國家的測量、建筑、導(dǎo)航、地籍管理、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等服務(wù),丹麥,該網(wǎng)絡(luò)共包括26個參考站，用于為全國范圍內(nèi)的用戶提供實(shí)時RTK 定位服務(wù)。應(yīng)用范圍包括測量、建筑、導(dǎo)航等,新加坡SIMPRSN,SIMRSN作為最為知名的試驗網(wǎng)絡(luò)之一，由4個參考站構(gòu)成，處理中心位于新加坡南陽科技大學(xué)。其主要用途便是開發(fā)和檢驗不同的基于連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)的定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)同時進(jìn)行高精度差分定位服務(wù),維多利亞GPSNET,維多利亞GPSNET在全國范圍內(nèi)提供毫米級至米級導(dǎo)航定位服務(wù)，實(shí)時定位服務(wù)精度可達(dá)厘米級，服務(wù)范圍可擴(kuò)展至制圖

22、、測繪工程、房地產(chǎn)管理等,網(wǎng)絡(luò)GPS的社會需求,網(wǎng)絡(luò)GPS系統(tǒng)為覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供厘米級/分米級/米級精度的實(shí)時動態(tài)位置服務(wù)，不僅能替代傳統(tǒng)的大地測量、工程測量、地籍管理、資源勘察、國土規(guī)劃、各類管線網(wǎng)絡(luò)測量等，而且能在運(yùn)載工具精密導(dǎo)航、公共安全、城鄉(xiāng)管理、智能交通等方面提供有效的服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)GPS的社會需求可劃分為三大類。,直接市場需求,地籍、地形測量； 管線測量； 國土資源調(diào)查：國家投資140億用于全國的國土資源調(diào)查項目已經(jīng)啟動； GIS數(shù)據(jù)快速采集、更新； 工程放樣、施工測量； 精密導(dǎo)航； 港口海岸、內(nèi)河測量等； 公共安全：包括管線搶險、重要目標(biāo)監(jiān)控、跟蹤監(jiān)視系統(tǒng)、緊急救援系統(tǒng)等方面的

23、精密動態(tài)定位需求，這一部分的用戶需求量難以估計，其用戶數(shù)量與市場的開拓有很大的關(guān)系； 精細(xì)農(nóng)業(yè)：主要應(yīng)用于機(jī)械化土地平整的自動控制；國內(nèi)尚未投入應(yīng)用。,國家公益行業(yè)及科學(xué)研究的需求,網(wǎng)絡(luò)GPS系統(tǒng)完全覆蓋了傳統(tǒng)的GPS應(yīng)用領(lǐng)域，并且由于網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)本身就是面向最終用戶的一個服務(wù)系統(tǒng)，因此，可用作國家基礎(chǔ)測繪全國控制網(wǎng)、地殼運(yùn)動監(jiān)測網(wǎng)、氣象預(yù)報監(jiān)測網(wǎng)、精密定軌參考網(wǎng)等。 地震預(yù)測預(yù)報的需求 國防建設(shè)和國家測繪基礎(chǔ)建設(shè)需求 減災(zāi)需求 科學(xué)研究的需求,地震預(yù)測預(yù)報的需求,地殼運(yùn)動的監(jiān)測一直是國內(nèi)外地震預(yù)測預(yù)報研究的重要手段和依據(jù)，在我國地震預(yù)測預(yù)報中起到了重要的作用。 合理布設(shè)GPS連

24、續(xù)觀測站，獲取高時空分辨率的地殼運(yùn)動精細(xì)圖像，并為研究孕震力源、地震活動的時空遷移與地殼運(yùn)動之間的關(guān)系，以及確定未來地震的地點(diǎn)和強(qiáng)度等一系列地震中、短期預(yù)測預(yù)報的科學(xué)問題提供定量依據(jù)，才有可能改變目前因資料少，導(dǎo)致推測過多的狀況，從而進(jìn)一步提高我國預(yù)測預(yù)報大地震的能力和水平。 網(wǎng)絡(luò)GPS將有助于推動地震預(yù)報從現(xiàn)今經(jīng)驗性預(yù)報向未來以物理為基礎(chǔ)的數(shù)值預(yù)報的跨躍式發(fā)展。,國防建設(shè)和國家測繪基礎(chǔ)建設(shè)需求,維護(hù)我國的地心參考框架和高程基準(zhǔn) 為新一代軍控網(wǎng)的快速布設(shè)提供控制基礎(chǔ) 維護(hù)國家重力基準(zhǔn) 國家重力基準(zhǔn)維護(hù)、重力場分析研究是軍事測繪和大地測量領(lǐng)域研究所必須的、持續(xù)不斷的工作。 服務(wù)于大地水準(zhǔn)面精化

25、島礁聯(lián)測 推動衛(wèi)星定位服務(wù)體系建設(shè) 利用網(wǎng)絡(luò)GPS中的基準(zhǔn)站可以提供以下服務(wù)： 精密星歷服務(wù)； 高精度靜態(tài)定位服務(wù)（事后服務(wù)）； 為建立我國的廣域差分GPS系統(tǒng)服務(wù)； 為防災(zāi)、減災(zāi)及其它相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究服務(wù),減災(zāi)需求,各種自然災(zāi)害頻繁，破壞力增強(qiáng)，人類正面臨著前所未有的各種自然災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。為了防災(zāi)減災(zāi)，需要對地球環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，及時掌握地球表層巖石圈、水圈和大氣圈的各種尺度的變化，做出預(yù)測和預(yù)報。 我國當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻地震形勢，提高地震預(yù)測預(yù)報的能力和水平是減輕地震災(zāi)害損失最有效和最直接的途徑。 網(wǎng)絡(luò)GPS對于預(yù)測和減輕其它地質(zhì)災(zāi)害，諸如滑坡、巖崩、地面沉降、火山活動等也將發(fā)揮重要作用。 監(jiān)

26、測大氣中水汽隨時空的變化，對氣象預(yù)報，特別是對水平尺度幾百千米左右、生命史只有幾小時的中小尺度災(zāi)害性天氣（暴雨、冰雹、雷雨、大風(fēng)、龍卷風(fēng)等）的警報和預(yù)報有特別重要的意義。網(wǎng)絡(luò)GPS的建設(shè)將提高監(jiān)測和預(yù)報暴雨等災(zāi)害性天氣的能力。同時高精度、高分辨的可降水汽量資料的長期積累，對監(jiān)測預(yù)報地區(qū)性氣候和環(huán)境的氣候演變以及合理有效地充分利用空中水資源、緩解旱情都有深遠(yuǎn)意義。,科學(xué)研究的需求,實(shí)測數(shù)據(jù)是地球科學(xué)研究的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代地球科學(xué)的發(fā)展，無論是地震的預(yù)測預(yù)報、地球動力學(xué)、高空物理、氣象、海洋等科學(xué)的發(fā)展都離不開對地球表層的監(jiān)測。網(wǎng)絡(luò)GPS的觀測結(jié)果將大大促進(jìn)這些學(xué)科的發(fā)展。 促進(jìn)地球動力學(xué)研究 地球表圈

27、層的動態(tài)監(jiān)測 高空物理、氣象、海洋研究的需要 推動相關(guān)學(xué)科的發(fā)展,四川網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)簡介,概 述,四川網(wǎng)絡(luò)GPS衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)是“四川數(shù)字地震觀測系統(tǒng)”“十五”工程項目 “四川GPS觀測網(wǎng)絡(luò)”子項目中的一個組成部分，由四川省地震局實(shí)施。 系統(tǒng)于2002年11月開始建設(shè)，2004年07月建成，2004年10月完成精度評定，2005年6月開始投入商業(yè)運(yùn)行。,系統(tǒng)構(gòu)成,地面連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站站 數(shù)據(jù)中心 服務(wù)系統(tǒng) 系統(tǒng)應(yīng)用,地面連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站 系統(tǒng)包含了13個地面連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站 站間距最小42km，最大118km，平均82km 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸全部采用DDN光纖，光纖到點(diǎn) 基準(zhǔn)站大部為基巖站

28、，其它為土中站和房頂站。 基準(zhǔn)站采用了天寶公司的Trimble 5700和徠卡公司的1200 Pro 雙頻CORS接收機(jī)。,GPS基準(zhǔn)站圖片,GPS基準(zhǔn)站觀測墩,GPS基準(zhǔn)站觀測室,GPS重力點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn),基準(zhǔn)站觀測墩建設(shè)： 觀測墩建設(shè)遵循如下原則： 觀測墩由鋼筋混凝土澆注在穩(wěn)固完整的基巖上 每一個觀測墩都需埋設(shè)水準(zhǔn)和重力測量標(biāo)志，并具有強(qiáng)制歸心裝置；,天線的安裝 基準(zhǔn)站天線安裝采用強(qiáng)制歸心的方式，且均采用高度5cm的固定連接桿。連接桿材質(zhì)為銅質(zhì)或者鋼質(zhì)。,基準(zhǔn)站通信系統(tǒng) 項目對數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽笫牵?數(shù)據(jù)傳輸帶寬9600bps 數(shù)據(jù)延時2s 高可靠性和高穩(wěn)定性。 為了滿足上述要求，基準(zhǔn)站至數(shù)據(jù)

29、中心的通訊全部采用專線DDN通訊信道的方式。,基準(zhǔn)站供電系統(tǒng) 基準(zhǔn)站全部采用“平衡式供電系統(tǒng)”，低成本、高效率地解決了多雷、電源差臺站的觀測系統(tǒng)供電問題。,“平衡式供電系統(tǒng)”示意圖和實(shí)物圖,基準(zhǔn)站避雷系統(tǒng) 基準(zhǔn)站建設(shè)嚴(yán)格遵守避雷的技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)定。防直接雷擊的避雷方式有避雷塔、避雷針以及觀測墩體輔助避雷三種類型。,基準(zhǔn)站觀測系統(tǒng)集成 GPS基準(zhǔn)站觀測系統(tǒng)設(shè)備集成是將觀測設(shè)備，電源設(shè)備，通訊傳輸?shù)仍O(shè)備集成到一個統(tǒng)一的平臺。,數(shù)據(jù)中心設(shè)在我局防震減災(zāi)大樓中心機(jī)房內(nèi)，是整個數(shù)據(jù)傳輸與處理分析系統(tǒng)的技術(shù)主體，具有: 基準(zhǔn)站運(yùn)行狀況監(jiān)控，數(shù)據(jù)實(shí)時采集、整理、存儲和進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時分發(fā)/分流的功能； 通過I

30、nternet獲取IGS各類數(shù)據(jù)的功能； 通過Internet實(shí)現(xiàn)對用戶后處理服務(wù)的功能； 數(shù)據(jù)中心包括 計算機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 系列系統(tǒng)軟件,GPS數(shù)據(jù)中心,計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)包含 一臺CISCO 2621XM系列路由器 一臺CISCO WS-C2950-12交換機(jī) 一臺HP M1390服務(wù)器 主干千兆，百兆桌面。 一條2M光纖Internet出口,數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)系統(tǒng)包含 一臺光纖數(shù)據(jù)復(fù)分接設(shè)備MP9400+系列網(wǎng)板卡 一臺串口服務(wù)器 NPORT 2610 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對基準(zhǔn)站各種接口(串口、RJ45接口)數(shù)據(jù)的復(fù)分接和數(shù)據(jù)實(shí)時分流功能,數(shù)據(jù)處理技術(shù)系統(tǒng)包含 2臺IBM

31、 X255PC服務(wù)器 1臺IBM X235PC服務(wù)器 2臺HP ML350PC服務(wù)器 11臺商用PC,數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)軟件主要包含 GPSNet網(wǎng)絡(luò)GPS系統(tǒng)軟件 GAMIT/GLOBK數(shù)據(jù)解算軟件 計算機(jī)系統(tǒng)支撐軟件 其中GPSNet是核心系統(tǒng)軟件，具有以下功能 基準(zhǔn)站設(shè)備控制 數(shù)據(jù)采集、分類、存儲、管理,系統(tǒng)包含 網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)軟件 網(wǎng)絡(luò)RTK用戶服務(wù)系統(tǒng) 用戶終端系統(tǒng) 系統(tǒng)精度評定,服務(wù)系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)RTK軟件系統(tǒng)包含 美國天寶公司基于VRS技術(shù)的GPSNet系統(tǒng) 瑞士徠卡公司基于主輔站技術(shù)的SPIDER系統(tǒng) 四川省地震局與西南交通大學(xué)聯(lián)合研制的基于VRS技術(shù)的VRSNet系統(tǒng) 三套系

32、統(tǒng)共享一套數(shù)據(jù)源 三套系統(tǒng)并行運(yùn)行在具有三個獨(dú)立IP地址的三套PC服務(wù)器上。其中運(yùn)行GPSNet系統(tǒng)的一套PC服務(wù)器包含三臺服務(wù)器。,在自主研發(fā)的VRSNet系統(tǒng)中，重點(diǎn)在如下幾方面開展了研究工作并有所突破： 1.優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)解算算法： 跟據(jù)參考站網(wǎng)絡(luò)分布自動完成優(yōu)化構(gòu)網(wǎng)，在長距離長距離AR實(shí)時算法中融合Lambda與偽隨機(jī)誤差消除技術(shù)，提出了新的整周未知數(shù)成功率指標(biāo)，并實(shí)時進(jìn)行整網(wǎng)同步閉合環(huán)檢測，大大改善了網(wǎng)絡(luò)初始化時間、性能和可靠性，使平均網(wǎng)絡(luò)初始化時間小于5分鐘2.完善的網(wǎng)絡(luò)誤差建模算法 ： 建立統(tǒng)一的卡爾曼濾波模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算，將電離層延遲、對流層延遲、衛(wèi)星軌道誤差以及多路徑誤差全部引入

33、網(wǎng)絡(luò)雙差計算模型中。實(shí)驗表明，各種誤差分量的計算精度可達(dá)：電離層誤差1cm;對流層誤差5-6mm；衛(wèi)星軌道誤差1mm; 多路徑誤差1.5cm。3.網(wǎng)絡(luò)式實(shí)時服務(wù)功能 ： 采用NTrip以及RTCM-104協(xié)議，自主實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)式網(wǎng)絡(luò)GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器，使得采用通用Ntrip客戶端的用戶不僅可以無縫實(shí)現(xiàn)分米級/厘米級網(wǎng)絡(luò)DGPS/RTK服務(wù)。用戶即使不裝備GPS接收機(jī)，也可以通過有線或無線Internet網(wǎng)絡(luò)登陸Ntrip服務(wù)器獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)以及非差參考站原始 觀測數(shù)據(jù)，用于偽實(shí)時或后處理應(yīng)用。,網(wǎng)絡(luò)RTK用戶服務(wù)系統(tǒng)包含用戶訪問通道和用戶管理數(shù)據(jù)庫 用戶訪問通道采用GSM、Internet兩

34、類通道 其中在Internet方式下主要使用GPRS、CDMA、TCP/IP等三種方式發(fā)布差分信息。,用戶管理數(shù)據(jù)庫 主數(shù)據(jù)庫采用Access，備份據(jù)庫采用Oracle 9I。 自主開發(fā)了用戶管理軟件，可將用戶使用的數(shù)據(jù)類型，使用時間，初始化情況等詳細(xì)信息記錄、歸檔、分析、自動計/收費(fèi)。,用戶終端系統(tǒng) RTK設(shè)備采用 Trimble 5700 RTK Leica GX 1230 RTK DGPS設(shè)備采用 Trimble GeoXT Leica GS20 通訊設(shè)備采用 GSM手機(jī)/Modem GPRS Modem CDMA手機(jī)/Modem,目前，該服務(wù)系統(tǒng)包含： 13個地面GPS基準(zhǔn)站 RTK有效服務(wù)面積達(dá)4.5萬km2，覆蓋了四川省重點(diǎn)開發(fā)