徐振海
广州南方测绘科技股份有限公司哈尔滨份公司
黑龙江省哈尔滨市150036
摘要：卫星导航定位基准站（简称“基准站”）是指对卫星导航信号进行长期连续观测，并通过通信设施将观测数据实时或者定时传送至数据中心的地面固定观测站。基准站是现代测绘基准体系的核心内容，是大地基准框架的主体。基准站可获得高精度、稳定、连续的观测数据，维持国家三维地心坐标框架，同时提供站点的精确三维位置信息变化，提供实时定位和导航的信息、GNSS卫星轨道信息以及高精度连续的时频信号等。
关键词：卫星导航定位基准站建设与发展
前言：基准站的观测数据经分析处理并形成差分修正信息，可以大幅提高卫星导航定位精度。卫星导航定位基准站网可提供高精度的位置服务，广泛应用于测绘、国土资源、城乡建设、城市规划、交通、水利、农业、环保、防灾减灾等众多行业和民生领域，近年来市场应用规模越来越大。
一、我国卫星导航定位基准站建设
1.建设流程。国家基准站建设过程主要包括站址勘选、施工图设计与审查、施工建设、高程属性测定、设备安装、测试与试运行、资料归档等环节。1）基准站站址勘选主要包括实地选址、实地测试和资料编制等工作流程。实地选址开始前，应进行人员、设备和相关资料等准备工作，并根据站址的依托条件、地质条件、观测环境条件等进行实地点位的选择，避开断层、易滑坡、易受淹等其他不便观测的地点。点位选择完成后进行实地测试，要求有效观测量不少于85%，mp值小于0.5 m。2）基准站施工图设计分为施工图标准设计、施工图设计和施工图审核3个阶段。基准站施工图标准设计主要是确定设计原则和技术条件，提出技术经济合理的设计方案；施工图阶段是根据标准的施工图设计，提出符合项目所在地特点及施工要求的施工图；施工图审查是委托具有审图资质的设计院对基准站施工图纸进行技术咨询，保证设计图纸能够满足结构安全和强制性条文标准、规范的要求。3）基准站的土建工作包括新建基准站和改造基准站2类。新建国家基准站土建工作包括GNSS观测墩、重力观测墩、观测室、工作室的建设，以及电力照明、防雷接地、通信、室外工程等辅助设施建设。改造基准站的工作主要包括通信信息工程、防雷接地系统、房屋装修3个方面。通信网络工程为三级架构网络，包括1个主节点、31个数据分节点以及410个基准站，采用SDH和MSTP专网，实现观测数据信息从基准站到数据分节点和主节点的传输，满足基准站数据采集和网络安全要求。4）国家基准站的高程属性测定按照国家二等水准规范观测纲要，与最近的国家精密水准点进行联测。基准站强制对中标志与水准标志联测方法一般采用直接水准观测法，采用钢尺量测和三角高程联测等方法时，需报批具体联测技术方案后方能实施。5）基准站设备主要包括GNSS接收机和天线、气象设备、原子钟、UPS设备、工控机、机柜、防雷设备、路由器以及辅助性设备如铭牌等。在设备安装时，GNSS天线安装于GNSS观测墩顶部强制对中标志上，气象仪探头安装于基准站房屋侧墙，GNSS接收机、UPS主机等其他设备全部安装于观测室内的标准机柜中。6）基准站设备安装和网络联调完成后，需进行基准站在线测试。基准站测试的主要内容为对基准站的设备安装情况、仪器配置正确性、数据传输完整性、网络通讯质量、远程控制能力等。测试采取在国家数据中心采用远程在线测试的方式进行。基准站测试主要包括GNSS观测系统测试、气象观测系统测试、原子钟测试、网络通信系统测试以及辅助设备测试等各系统测试。
2.系统配置。国家基准站主要由观测系统、网络传输系统、供电系统、备份与监控系统、防雷接地系统、视频监控系统和基础设施等部分组成。
GNSS接收机和GNSS天线为观测系统，是基准站的核心主体，是直接产出观测数据的部分，其他各系统和设施均为其提供支撑，在国家基准站建设和运行过程中，对各系统的配置进行统一的要求，包括是否能接收四系统卫星信号、GNSS接收机IP地址统一规划、站点代码配置统一为标准四字符、GNSS接收机数据存储应设置满时删除、接收机内存使用率不大于90%、应以站点代码存储信息正确完整的接收机配置文件等。其中对于GNSS接收机来讲，实时和定时产出和传输观测数据是其主要功能，因此数据流I/O功能配置和数据文件存储配置最为重要。国家测绘地理信息局正式建成并启用全国卫星导航定位基准服务系统。该系统包括410座国家级卫星导航定位基准站，2300余座省级基准站，兼容北斗、GPS、格洛纳斯、伽利略等卫星导航系统信号，规模大、覆盖广、定位快、精度高，实现了我国陆地国土以及近海领域全覆盖，可为社会公众提供实时亚米级服务，为专业用户提供实时厘米级、事后毫米级服务。
二、发展思考
1．加强全国卫星导航定位基准站统筹规划和管理。针对过去基准站管理措施缺乏、有效监管严重滞后的状况，明确了基准站的管理职责，建立了基准站建设备案制度，对基准站的运行维护、安全保障和规范管理等作出了明确规定。但是，在实践工作中，存在安全管理制度不健全、缺乏专业人员、权责不清等问题，国家测绘地理信息局建立的卫星导航定位基准站建设备案管理信息系统应用效果也未达到预期。据统计，在基准站建设的各行业中，测绘地理信息部门共建设和管理运维了约51% 的基准站，各部门、各行业、各单位分头建设的情况依然突出，迫切需要出台相关政策，加强全国卫星导航定位基准站的统筹规划和管理，确保卫星导航定位基准站的安全使用。
2．提升国产GNSS接收机的性能。应加快推进我国已建CORS 站的全面北斗化改造、新建CORS站的北斗为主其他导航系统兼容，切实完成1909工程确定的相关目标任务。长期以来，我国CORS站建设所使用的GNSS接收机大部分都是采用美国天宝、日本拓普康、瑞士莱卡等国外的高精尖装备，国产品牌在芯片、板卡等研发制造、整机设备稳定性和功耗、服务管理软件研发等方面相对进口品牌还存在一定差距。还需要进一步加强关键核心领域的技术攻关，不断提升国产GNSS接收机的性能，推进全面自主化进程。
3．建设全国一体化的CORS 服务系统。统筹规划和推进CORS站网的深度应用，不断提升公共服务能力水平。目前，在全世界范围，CORS站的应用集中表现在科学研究、大地坐标框架建设与动态维持、工程建设、资源调查、地震预报与监测、地质灾害监测、自动驾驶等领域。西方国家在推动CORS站网建设的同时，均统筹考虑各个行业和社会公众的应用需要。我国分由不同部门、不同行业、不同单位建立的CORS站网也已在诸多领域得到广泛应用，但是受限于管理体制、运营模式，距离发挥出其应有的价值还有较大差距。下一步核心工作应继续深化体制机制改革，形成全国一体化的CORS 服务系统，在确保国家安全的前提下，政府CORS系统提供规模化的、广域范围的差分数据服务；促进有关行业单位自主建立的CORS系统提供满足相关行业单位更高需求的增值服务。
结束语：国家基准站可用于国家坐标框架建立与维持，以及广域实时精密定位，可面向其他政府部门、企业和社会大众提供导航定位服务，这对于推进现代测绘基准的广泛使用，为用户提供更高精度、范围更广的测绘地理信息服务，以及将对大力促进测绘地理信息应用产生显著效果。
参考文献：
[1] 陈俊勇, 张鹏, 武军郦, 等. 关于在中国构建全球导航卫星国家级连续运行站系统的思考[J].测绘学报,2019,36(04):366-369.
[2] 武军郦, 陈明. 关于建立GNSS连续运行基准站网相关规范的思考[J].测绘通报, 2019(5):38-40,83.