北斗地基增强系统建设方案设计说明

1、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，通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，通过无线数据通讯网络向用 户播发定位增强信息，提高用户的定位精度，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，可以显著或成倍提高定位和授时精度， 可使终端的定位精度提高到米级以内。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， 各基准站与监控分析中心间通过数据传输系 统连接成一体，形成专用参考站网

2、络， 数据传输系统与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的、连续的空间数据参考框架，可快速、高精 度的获取空间数据和地理特征，它也是区域规划、管理、决策的基础。1.1.1 建设原则北斗卫星地基增强系统建设将坚持“技术先进、高效可靠、经济实用和易于 扩展”的基本原则。1）总体规划、分步实施 系统建设中，应先行进行总体规划和设计，全盘考虑系统建设目标。根据总 体规划指导和要求，进行项目的分期建设的设计和实施， 避免不合理的建设投入。2）先进性系统拟采用的 BDS/GPS 技术融合了网络 RTK 技术和 PPP 技术的各自优 势，充分借鉴了网络 RTK 和 PPP 技术

3、的工作模式， 因而其技术本身可具备以下 优势：(1) 北斗为主，兼容 GPS 、GLONASS 系统。具有 BDS 独立组网进行高精 度定位增强的能力，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 与 MEO ( GPS/GLONASS 中圆轨道)卫星联合解算技术。(2) 区域网络 RTK 与广域 PPP 技术融合统一，区域 CORS 网内和网外用户 采用同一套数据处理软件， 相同的数据处理模式， 实现区域增强与广域增强服务 自动无缝切换，具有近海高精度定位增强服务能力。(3) 坐

4、标同时兼容 CGCS2000 和 WGS84 坐标系统。(4) 现有的 GPSB 级点可以结合 IGS 站点，实现 CJK-CORS 监测系统中 的基准点的坐标联测的起算点。3) 可靠性(1) 系统设计充分考虑系统运行的可靠性以及个 BDS/GPS 定位技术的可靠 性。从系统设备部署、基准站布网分布、系统软件自适应性及可靠性、合理高效 的备份机制等方面，保证系统全天候、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的冗余性， 有利于提高定位的精度与可靠性。 对于北斗三星 GPS CORS 系统监测，其在扩展时间可用性的同

5、时， 能有效地缩短初始化时间。(3) 全方位的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，面向系统决策层、系统管理员和终端 用户各自不同的需求， 建立相应的系统完好性参数化模型， 实时发布完好性差分 数据、监测数据和预警信息，提升系统服务的可靠性和完备性。3)资源集约利用(1)利用一带一路周边现有的基站站可利用的设施，在其基础上扩展CORS监测系统，尽量避免重复投资。(2)在确保系统性能指标和质量不受影响的情况下，采用合理、节省的方法 设计系统，尽可能节约工程建设总费用。4.易用可扩展(1)系统设计要保证系统建成后易用性，包括系统管理、系

6、统维护、用户应 用的易用性， 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 可以进行系统管理和维护，避免人员变动而导致的损失。(2)系统建设过程中，应充分考虑与如地震监测、测绘院等其他部门技术的 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按照用户需求后 期扩展服务。1.1.2 建设目标系统遵循“立足测绘，服务一带一路”的总体目标：以一带一路重点区域沿 线范围为主、以北斗为主体、兼容其他 GNSS 卫星、统一的多系统、高精度 GNSS 地基增强系统网络。 通过在一带一路重点区域沿线范围内布设北斗地基增强参考 站，建设覆盖一带一路重点区域的高精度增强定位系统， 为国

7、家一带一路战略提 供空间基础数据。可向系统覆盖区域内的用户提供各种不同精度的位置和时间信 息服务，以满足一带一路建设规划、设计、施工、运营应用的定位、导航和时间 服务的实际需求。1 )建立和维持新一代高精度的 B 控制网基础框架。2)结合区域似大地水准面精化成果，向测绘及相关应用行业提供高精度、 连续、动态、三维的空间坐标参考框架。3)为现代测绘基准体系的建立和完善提供平面和高程基准基础设施，为空 间技术的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，

8、实现基准站到控制中心的实时传输并对 各站点的数据进行质量检查、 冗余的备份链接； 对接入系统的基站数据进行同步 并建立电离层、 对流层模型； 监控各基准站的运行， 并实现服务与不同系统的实 时数据共享；3）建设数据中心， 存储不同采样间隔和不同时段的 BDS/GPS 原始观测数 据，存储包含的 BDS/GPS 原始观测数据、存储网络模型文件、进行数据的质 量检查和转换；4 ）建立一带一路服务中心， 基于网页的用户管理系统； 利用 Internet 向批 准用户提供基准站原始观测数据下载服务； 利用电台方式向一带一路地区用户提 供实时 RTK 服务，同时为用户提供扩展的二次开发的接口；5 ）建立

9、参考站和控制中心之间的通讯连接；6 ）监测基准站的站点位移情况；实时进行站点监测， 定期（每季度） 加入 高等级控制点进行整网的解算，保障基准框架的稳定，建立数据平台；7）监测站点现场的温湿度；8）监测站点差分数据发射是否正常；9）监测站点 BDS/GPS 数据链的信号强度、站点 BDS/GPS 星空图；10 ）监测 GPRS 路由器的 GPRS 流量；11 ）建设常规 RTK 差分信息的发播系统1.1.4 系统性能指标项目内容技术指标覆盖网络网络 RTK重点区域 95% 以上覆盖DGPSCORS 网内及网外 100kmPPP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、

10、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0.05 米 基线向量的坐 于 3 标分量绝对精度不低于标分量的相对精度不低网络 RTK事后精密定位 变形监测 导航 定时水平垂直水平水平 单机精度水平，垂直 （平坝、丘陵），（山区），垂直，垂直，垂直，多机同步可用性定位95% （ 365 天），95% （天）稳定性报警时间秒误报率兼容性定位导航原始 GNSS 数据格式采用 RINEX 格 式，实时差分数据采用 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 、B3L1C/A 码 L1/L2 P 码 扩展支持 GLONASS LI L2接收机

11、、终端国内主流 GNSS 接收终端实时用户GSM 、GPRS 、CDMA 方式多用户同用户容量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的设计将按照严格的现代计算机网络的规范与标准。 整个系统是以参考站网为中心节点的星型网络。 建立在高速广域网 （100M ）上， 网络采用 TCP/IP 协议，服务器操作系统采用 Windows Server ，基准站采用 基于 LINUX 系统设计的专业网络基准站接收机。用户终端子系统北斗卫星地基增强服务系参考网子系统：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的数据。 检查各基准站

12、工作状况； 对数据进行分析、处理、存贮、管理。形成一定格式的数据文件，发送给用户通信子系统： 将基准站观测数据传到中心系统包括 GNSS 差分数据、定位数 据实时发送给用户，通过 Internet 网络公共通讯网络、专用无线网络、电台发 布 GNSS 数据。用户终端子系统：包括高精度卫星接收机、手机、车载终端等 GNSS 信号接 收，实时差分解算，事后处理解算。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的星形网络。中心建立在 高速局域网的互联上。主要由参考站网、通信网、控制中心以及用户部分组成。 系统的网络协议基于 TCP/IP 服务，参考站的接入主要使用光纤或有线数

13、据网 络。中心服务器采用分布式部署方式结合多种先进架设、 安装、防护、存储手段。1.1.7 系统流程系统数据流可以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 考站内部交换的流量数据， 其主要特点是不不对外公开； 外部数据流是连续运行 参考站与系统用户之间进行交换的流量数据， 这两类数据通过连续运行参考站的 各个子系统进行交换处理。1.1.8 参考站分布设计根据全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范的要求，北斗卫星地基增强系统属于区域参考站网，按照区域参考站网的布设距离规定要求：实时定位精度：分米级厘米级参考站距离：50-150Km20-80Km1.1.9 参考站网系统参考站网系统

14、是北斗卫星地基增强系统的数据源， 用于实现对卫星信号捕获、跟踪，卫星数据的记录、 传输。为了满重点区域大部分地区用户能够得到厘米级 网络 RTK 定位服务，实现高精度的定位能力基准站作为地面增强系统的重要组成部分， CORS 基准站设计为无人职守型CORS 基准站跟踪视野内的所有卫星，自主完成导航卫星数据的接收、采集、 处理、存储、 传输和自动监测报警以及远程控制与管理等功能。 其中导航卫星数 据的接收、采集、处理、存储和传输是基准站必备的功能，而自动监测报警和远 程控制与管理可根据系统建设的要求和实际情况来选择。 本系统中的基准站具备 以下功能：（1）导航卫星数据的接收、采集和处理 基准站接

15、收北斗 /GPS 导航卫星信号，包括卫星广播星历、载波观测数据、C/A 码、P 码和时钟数据等。 基准站接收机天线接收到的卫星信号需要经过解译后才能够用于导航定位。经过解译后的卫星数据格式有 TrimCom 数据、 TR17 数据和 TRCM 数据等。（2）导航卫星数据的传输 基准站接收到的导航卫星信号并解译后，需要将数据实时传输到中心系统。目前的基准站接收机自身带有网路传输通道 （即从导航接收机到公网或专线通信 线路的传输路径），可以直接将数据传输到网络，无需再配备计算机。网络传输 通道一般通过光纤协议转换器、 VPN 路由器和 ADSL 调制解调器等专用设备实 现。（3）导航卫星数据的存储

16、 基准站采集的数据实时传输到数据与服务中心，中心会对数据进行存储。但 是如果出现通信中断、 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，这样会导致中心系统无法存储该时间段的卫星数据， 从而影响后续的差分 数据处理。因此，基准站自身应具备存储卫星数据的能力。当网络故障排除后，管理员可以通过手工操作的方法把缺失的观测数据从基准站下载并传输到中心 系统进行存储。（4）自动监测报警基准站监测报警功能指基准站在运行出现故障时， 向中心系统发出报警信息， 以供管理者决策。导航接收设备运行状况的监控和报警一般由导航接收机自身或外接接收机向 中心系统传输接收机和天线状态数据， 包括接收机数据质

17、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， 并同步发送故 障信息。电源运行状态通常通过 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。网路设备的监控主要针对网络交换机、 VPN 等设备的运行状态进行监控。监 控信息包括网络通路状态、 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）远程控制与管理 基准站的远程控制与管理主要实现中心系统以远程的方式进行基准站的设 定、控制和运行检测等功能。具体包括三个主要方面：远程参数设置：包括基准站接

18、收机设置、计算机设置和网络设置等。 远程系统控制：包括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： 包括接收机检测、 接收机检测、 网路设备检测和 UPS 电源检 测等。参考站主要由室外设备和室内设备两大部分构成。室外设备一般包括天线基 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。其中防雷设备又包括直击雷防雷装置、 感应雷防雷装置和接地网装置。 室外 设备的主要功能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。室内设备主要包括多模导航接收机、电涌保护器、 UPS 电源、网络设备和机 柜等。主要功能是进行室外接

19、收到的导航数据的处理、 存储和对中心系统的传输。高精度 BDS/GPS 基站接收机：GNSS 接收机主要特点：采用 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；高度灵活的分体式接收机、 天线设计， 适用于各种变形监测、 网络参考站、驾考系统、机械控制等系统集成应用；内置 2000 伏光电隔离， 对接收机有效进行过流过压保护， 预防雷击；支持 GPS 信号和 L2C 现代化改造后的 GPS 信号； 时间同步支持 1PPS 实时输出； 支持网格平面坐标输出，无需第三方软件做投影转换； 支持自动差分，差分格式支持 RTCM2.X 、RTCM3.

20、X 以及 CMR ； 两个电源接口，两个串口，满足更多需求的使用； 内部储存为 100M ，可设置自动记录原始数据； 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的核心单元，与各基准站之间采用有线网络通讯，并以 无线网络和其他通讯方式作为冗余备用链接。作为整个服务系统的核心，中心要求具备有以下功能：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的数据的质量分析和评价，对某些数据（如 导航）进行多站数据综合、分流，形成统一格式的差分改正数据。按照测绘及定 位导航的要求，管理中心应输出的数据结果有：1）RTCM

21、V2.1/V2.3 伪距差分修正信息： 服务于米级定位导航的用户。 2） RTCM V2.1/V2.3/V3.0 相位差分修正信息：服务于厘米级，分米级定位的用 户。3）网络 RTK 差分修正信息 VRS ：服务于网络 RTK 用户。4 ）RINEX v2.1 原始观测数据：服务于事后毫米级定位的用户。（2）系统监控 对各基准站运行中的设备安全、正常性进行监控管理，可远程监控基准站卫 星定位设备的工作参数、 检测工作状态、 发出必要的指令、 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的卫星基准站网子系统进行实时、 动 态的管理。1）对基准站的设备进行远程管理。 2 ）对基准站进

22、行设备完好性监测。3 ）网络安全管理，禁止各种未授权的访问。 4）网络故障的诊断与恢复。（3）信息服务 对各类用户提供导航定位数据服务，地理信息中有关坐标系、高程系（似大 地水准面精化工作完成后） 的转换服务。 数据中心向控制区域进行数据播发， 可 适应以下的通信模式：1 ）GPRS/CDMA 方式：采用基于移动无线上网方式向用户发布数据信息。2）事后数据发布： 采用基于 Internet 或广域网的方式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。主要性能有：1 ）FTP 服务器：支

23、持匿名和使用密码两种方式登录。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，向全球及国内用户发播各种信息。3）网络管理专用计算机：对网络监视、运行及管理（包括计费）（5）用户管理数据中心对所服务的各类用户进行管理，包括：1）用户计费管理。系统管理员将根据用户使用的时间、时段、次数和通讯 方式生成表格，以方便管理部门按照一定的制度进行计时计费。2）用户登记、注册、撤消、查询、权限管理。系统管理员可方便的增减用 户，根据用户的不同精度需求提供相应的精度权限， 查询统计某用户的使用情况。（6）其他功能1 ）具备一定的自动控制能力，减少系统管理员的工作量。2 ）

24、对系统的完备性进行监测，并提供最佳的计算方案。 3 ）有足够的扩充能力，可适应基准 站数量的增加。实时网络处理软件： 软件系统由核心解算软件、各种传感器接入软件和监测软件组成。 核心解算软件利用改进的参考站间高程差异大的内插模型， 建立整网的对流 层延迟、 电离层延迟等误差模型， 为移动用户提供优化后的空间误差改正数。 改 进后的虚拟参考站能提供更可靠、精度更高的网络 CORS 服务。技术指标：(1) 支持 BDS+GPS+GLONASS ( 预留伽利略系统 )；(2) 自主研发的 VRS 新型解算技术；(3) 多种定位服务模式，多种数据格式的解算与兼容；(4) 支持多种网络化协议，如： Nt

25、rip 、TCP/IP ；(5) 多样化、多性能的基站管理系统；(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) 在线监控与差分状态查看；(2) 多样化的日志管理；(3) 实时地图查看与搜索；(4) 稳定的运行性能；(5) 人性化的用户管理(支持二次开发)软件采用 B/S 结构的开发模式， 能够灵活安全的操作权限管理， 设置使用者 的登录用户名密码， 系统提供操作员管理功能， 可以针对每个操作员和每个操作 菜单进行单独的权限设置， 设置方法灵活方便。 操作密码等核心数据都进行了加 密处理，方便快捷的操作界面，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， 涉及硬件设备、 软件平台、 资源配置、计算机网络、 人力调配等方面。 系统长期稳定运行的基础是要建立一 个良好的数据通信子系统。 数据通讯子系统由四个部分构成， 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的有线网络， 三是基准站到灾备数据中心组建的无线或其他通信网络，四是数据中心向用户发播的通讯网