GPS参考站系统讲座.docx

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GPS参考站系统讲座

GPS参考站系统（CORS）

一、CORS概念

CORS，ContinuouslyOperatingReferenceStation，GPS连续运行参考站。

一个连续运行的GPS参考站包含一台GPS接收机、一个固定在安全又稳定地方的天线和一个可靠电源。

接收机连续不断地运行，采集GPS原始数据，不断产生原始数据流，输出RTK/DGPS数据，在传送给RTK、GIS和GPS导航用户，用户则利用计算机远距离遥控接收机。

计算机通常按照一定时间间隔下载数据文件，然后传送到FTP服务器，以备用户下载使用。

三个或三个以上的GPS参考站可组成一个网，在本地区甚至一个国家范围内提供完整的GPS服务，我们称之为GPS参考站系统。

主要由GPS参考站子系统、通讯网络子系统、数据中心子系统、用户应用子系统等组成。

数据中心的计算机服务器通过运行GPS参考站软件，利用通讯网络，如电话或因特网，控制所有的在控制范围内的参考站，从而构成一个GPS参考站系统。

二、参考站和参考站网的工作原理

参考站上的GPS接收机连续不断地运行，获取的原始码和相位观测数据通常以特定长度的文件记录在数据中心。

文件长度可以设置成从1秒、几分钟、几小时甚至一整天不同长度的值。

GPS参考站软件在一台计算机（服务器）上运行，它控制接收机按一定规律定期下载文件数据及发布流动站用户需要的数据。

参考站软件将数据转换成RINEX通用交换文件格式并压缩成RINEX文件，并将它放在FTP服务器上，以此方便GPS用户通过网络查询，同时安全存档。

它控制单参考站，计算机将一直与接收机直接相连。

多参考站时，服务器放在数据中心，通过电话或INTERNET方式与接收机相连。

一旦安装和配置完成，GPS参考站或参考站网就可以完全自动地运行。

参考站----数据中心---用户

技术指标GPSNet/RTKNet软件是最新的2.5版，可兼容多种主流品牌的台站型GPS接收机，作为参考站使用；软件可兼容多种主流品牌的GPS接收机，作为流动站使用。

已建成类似系统的用户报告或兼容性测试报告；兼容GLONASS等其它卫星系统的数据计算。

可连接GSM、GPRS、CDMA等的一种或多种链路，支持UHF/VHF电台的发播方式。

GPSNet/RTKNet软件2.5版不仅可在Windows2000Professional/2000ServerXP/2003Server操作系统下运行，还可在Linux操作系统下运行，即可以在大型高性能计算机环境中正常工作。

GPSNet/RTKNet软件2.5版可提供网络RTK、网络RTD、多参考站RTK/RTD、常规RTK、常规RTD等方式下的定位差分数据。

定位精度：

（3倍中误差）:

⏹网络RTK：

平面≤0.04m，高程≤0.08m；（系统覆盖区域及周边15Km以内）

⏹常规RTK：

平面＝2cm+1ppm×d，高程＝4cm+2ppm×d；（距离单参考站10km以内，d为到单参考站距离，单位公里）；

⏹伪距差分：

平面≤3m，高程≤7m。

（常规伪距差分覆盖范围）；

事后精密处理：

平面≤0.005m，高程≤0.010m；（采用精密后处理软件进行数据处理，如Gamit等）

三、几个组成部分

一）参考站建设

1、参考站选址（基准点选点要求和步骤）

1.VRS基准站天线墩建造所需考虑的普遍原则：

i.建设在基岩、土层或建筑物屋顶或墙壁上，点位具体选择应考虑到选点周围地质构造稳定。

ii.观测墩建在开阔、远离高大建筑物、树木、远离电磁干扰源和震动源。

用经纬仪测量观测墩天线位置高度角10º以上无遮挡物，保证良好的卫星通视条件。

iii.由于是连续跟踪站。

所以选点时要考虑安全、连续供电、通信网及交通方便。

由于本次招投标用户方已提前选定将各基准站建在地方气象站或地震站上，我方建议可以优先考虑使用现有的气象/地震专用网络，以降低项目实施成本。

2.基准站选址具体实施步骤包括：

1）选址小组应由设计人员、测量人员和工程建设人员共同组成，包括我方人员和用户单位的技术人员组成；

2）选址工作开始前，选址人员对技术设计、区域情况进行充分地研究，并制定选址工作计划；

3）根据选址工作计划，在技术设计的基础上，选址人员应到达实地勘测点位，了解有关情况，最后选定站址；

4）站址确定前，将由我方对该点的环境干扰、对GPS测量的影响进行测试，出具在该点建立GPS基准站的书面材料；

5）在实地踏勘中，如发现不能按技术设计要求选定点位时，选址小组可对技术设计进行修正，重新确定地址，但必须符合技术设计和选址的要求；

6）所选站址应取当地有一定知名度的地名为站名；

7）站名的书写一律用国务院公布的简化字；

8）站址选定以后,应当设立一个注有站号、站名、标识类型的点位标记，拍摄远景、近景照片各一张。

2、参考站墩标建设

A、基岩型基准站观测墩施工要点

1.建在稳固的岩层上，建设时必须清除表层碎石，标志基础应与完整性好的岩层牢固连接。

观测墩高出地面4米，观测墩下部直径为2.0米，上部直径为0.6米。

观测墩的顶部必须保持水平，符合GNSS接收机天线的安装要求，并安照数字气象仪的固定结构，预留固定支架。

2.观测墩北侧下方的墩体上应埋设准标志，基础上应埋设联测用水准点，其位置应便于水准施测。

3.观测墩顶面中央应埋设强制对中装置，观测墩北侧应固定网络标牌并刻注站名、编号、建墩日期和所属单位等字样。

造埋时强制对中装置应用置平工具安平。

点之记应注明归心孔的深度、孔径。

4.观测墩均用钢筋混凝土现场灌制，在选定的点位上埋设。

5.观测墩附近埋设避雷设施，以防止GNSS天线受雷击损坏。

6.基岩上埋设的观测墩至少需经过一个月，方可进行有效观测。

基岩型/土场型天线墩最终效果图

B、土场型基准站工程施工要点

土场型观测墩的设计流程要点

观测墩采用钢筋混凝土结构。

土层型观测墩建筑基本步骤

a）钢筋混凝土观测墩主体施工：

包括基坑开挖，钢筋绑扎，模板工程，混凝土搅拌、浇注及养护，拆模，回填，瓷砖贴面，清理、恢复现场。

要求混凝土标号C30，混凝土保护层厚度3cm。

b）观测墩预埋管线及构件的购买、制作、安装：

包括管线的购买、敷设，安装，开挖竖井、管线沟，穿线，打孔。

预埋管要求内径8cm以上。

c）完成对中装置的设计、制作、安装：

包括埋设在观测墩内的机加工构件和可调平基座（包括基座和连接件，以能够连接GPS天线为准）。

d）完成防雷系统的设计、制作、安装：

包括避雷材料（含接地材料、避雷针）的选择、购买、加工和安装，接地的制作。

e）完成铭牌的设计、制作、安装。

f）完成天线罩的设计、制作、安装：

包括原材料的购买、设计、加工和安装。

g）完成水准点构件的加工、埋设：

不锈钢构件，每个基准站观测墩四周埋设四个水准点。

h）完成观测墩至机房线缆铺设所需的所有土建（含开挖竖井、管线沟，打孔）及管线（预埋管、穿线）施工。

i）完成工程的验收。

验收要点

1.混凝土施工：

混凝土强度不低于C30，使用钢筋不得有锈蚀，保护层厚度3cm，基座与柱体应严格按照设计图纸施工，不能出现明显变形或钢筋外露，观测墩地面部分竖直、瓷砖贴面牢固、美观、平整。

2.管线施工：

预埋管内径大于8cm，拐角平滑，弯折角大于120度，接口密封紧密，端头穿线后加盖防水。

若需开挖管线沟或竖井，应满足相应施工规范。

3.防雷系统：

满足防雷设备的一般要求（接地电阻要求小于10欧姆），外露避雷针整洁美观，并满足防锈要求。

4.对中装置：

机加件外露部分干净平整，满足防锈要求，能够保证GPS天线的水平、稳定安装。

5.水准点：

不锈钢加工，顶端为半球形，露出地表，安装要求以方便水准观测为准。

6.其它附件：

包括GPS天线罩、铭牌，在选材和安装时应保证不影响GPS接收机的正常工作，要求外观整洁、统一。

7.总体要求：

要求基建工程能够满足基准站正常工作的需要；以机房为界，施工全部完成后，对施工现场恢复原貌。

详细施工步骤为

a）观测墩采用钢筋混凝土现场浇铸施工，混凝土浇铸过程中的水泥、沙子、石子、规格及配比见附表。

观测墩中的柱石、基座钢筋骨架采用直径≧10mm的螺纹钢筋，裹筋采用直径≧6mm的普通钢筋。

施工时在距两端10cm处，分别向内弯成∩形弯，足筋下端30cm处向外弯成∟形弯。

基座、柱石规格尺寸见相关图表。

b）柱石采用50cm×50cm的木质模型板现场浇铸。

观测墩拆模养护后统一采用不锈钢或PVC材料进行外装饰。

c）土层观测墩的基座建造：

选择土质结实的地区，采用土模建造标石基座的方法，挖掘120cm×120cm基座土模，两条土模边与东西向平行。

土模的四边与底面平整且土模底面处于水平状态。

根据济南地区最大冻土层深度和设计要求的基座深按图纸进行基坑挖掘，参照图片见附图。

d）基座建造时浇铸混凝土至基座深度的一半，充分捣固后放入捆扎好的基座钢筋骨架，在基座中心垂直安置捆扎好的柱石钢筋骨架，将柱石钢筋骨架底部与基座钢筋骨架捆扎一起，浇灌混凝土至基座顶面，充分捣固并使混凝土顶面处于水平状态。

e）观测墩柱体建造。

基座混凝土凝固硬实后，在基座中心逐层垂直安置观测墩柱石模型板，浇灌混凝土并充分捣固，在距地面0.2m处，柱石的东、南、西、北四侧各安放1个不锈钢水准下标志。

f）混凝土浇灌至地面下0.2m时，在观测墩外壁预埋直径为3.2cm的硬质管道，管道内预留超出管道的细铅丝，供安装电缆和保护线路用。

g）在回填土埋设观测墩时，观测墩与地面结合四周做10cm的隔振槽，内填粗砂，避免震动带来的影响。

h）观测墩拆模后的保养：

观测墩浇铸完成待混凝土完全凝固，12小时后拆模。

拆模后进行回填土边填边压实并与地面平整，养生采用薄膜法养生。

i）观测墩外装饰及强制归心盘的安装：

观测墩外装饰统一使用50cm×58cm×1.8cm花岗岩岩石片，采用湿贴的方法，在柱石上钉射钢钉，用铅丝与花岗岩岩石片连接，与柱石留有足够的缝隙，浇灌高强度水泥、细砂混凝土，由下而上粘贴。

待花岗岩岩石片粘贴至柱石顶面下15cm时安置标志面和强制归心盘，在安置标志面和强制归心盘时在标志顶端安放12′的圆气泡反复调整标志面和强制归心盘，使标志面及强制归心盘处于完全水平状态。

观测墩外装饰后在观测墩北面1.0m-1.5m处粘贴标有点号、站名、单位、建站时间的花岗岩石片。

观测墩建成后的尺寸为58cm×58cm×200cm。

j）观测墩外装饰完成后按附录绘制GPS点之记。

精确量取标石顶面标志到北侧下标志间的高差，精确到毫米，将上下标志高差填写在GPS点之记的标石断面图栏内。

同时测定东、南、西三个标志相对于北侧的高差（精确到0.1毫米），（按一等精密水准测量作业）结果填写在GPS连续观测站点之记的备注栏中。

k）归心盘使用不锈材料，归心盘规格见附图。

l）观测墩管线埋设。

观测墩现场浇铸选择硬质PVC管，柱石模型板安装后，根据墩高和便于观测室走向，安置适合长度的PVC管。

混凝土浇灌至地面下0.2m时，在观测墩外壁预埋直径为0.32cm的硬质PVC管，同时根据用户方设计要求量取观测墩至观测室线缆长度。

m）排水。

观测墩自下而上现场浇铸，强制归心盘为不锈钢材质，中心螺母为归心盘厚度的一半，外装饰采用不锈钢材料粘贴与柱石成整体，不须做防水。

n）观测墩基座浇铸：

观测墩外装饰后，距观测墩外壁50cm处，开挖150cm×150cm的基座基坑，安置模型板，放入捆扎好的钢筋骨架，浇铸混凝土至地面上15cm处，充分捣固捣实，反复轧平，在基座四角10cm处，安置不锈钢护栏杆柱，保持垂直度。

柱石四周水准点及进线位置预留方井并加保护盖。

o）观测墩建造的照片：

埋设观测墩时利用照相机拍摄标石坑照片、基座建造及钢筋骨架捆扎照片、观测墩整饰后照片、观测墩埋设位置远景照片（全景和东、南、西、北远景照片），拍摄的照片应明确反映以下内容：

1）观测墩标石坑照片：

拍摄时应在坑边及底部布置刻度尺，并能反映出标石坑的形状、宽度和深度尺寸。

2）座建造后照片：

浇注好地层混凝土，捆扎好所有的钢筋骨架后拍照。

应能反映出基座建造后的尺寸、形状以及钢筋骨架是否正确。

3）测墩整饰后照片：

应能反映出标石整饰是否规范，外装饰是否规则，周围填土是否充足以及是否清除干净（近景）。

4）观测墩埋设位置照片：

应能反映出观测墩埋设位置的地貌（包括一张全景和四张远景照片）。

上交资料

1.《GPS连续观测站土建工程报告》；

2.观测墩点之记（每站一份）；

3.观测墩埋设照片；

4.观测墩四周水准点及观测墩标石顶面标志至观测墩北面水准点高差表；

5.包含上述内容的光盘；

GPS安装

GPS设备的安装包括：

1.GPS天线的安装：

使用大地测量型天线的，要求天线固定牢固，应有必要的防雷、防雨措施；

2.GPS接收机安装：

要求安装在专用仪器箱或机柜内，便于维修管理，防雷、防潮；

GPS天线电缆安装：

各个接头处应保证连接可靠，在电缆过长时应加设信号放大器。

GPS天线进入GPS接收机之前应加装防浪涌保护器。

C、屋顶型基准站施工方案

图4.91几种简单的屋顶型天线墩

屋顶型天线墩的建造比较简单，只需按照设计图纸进行建造即可，下图是屋顶型天线墩座的设计图纸。

3、参考站设备（GPS接收机、GPS天线、天线电缆）

我公司所提供的Trimble5700CORS/NetRS/NetR5GPS接收机可以提供可靠、准确、完整的观测数据；NetRS是通过IGS、UNAVICO认证的接收机。

具备150M大容量的数据存储能力，可连续可靠地记录原始观测数据；本次我公司参与投标的产品是NetR5，但为了使您对Trimble产品线有轮廓性影像，在此，对5700CORS和NetRS接收机也作了简要的介绍。

1、5700CORS接收机

Trimble5700最初生产于2000年，作为GPS系统经典的接收机，受到了广大客户的欢迎。

目前在中国累计销售超过6000余台。

5700CORS接收机5700系列的一款专为永久性GPS参考站配置的，目前包括单基站和基站网系统也超过了800台。

目前使用5700作为VRS网络参考站，其运行稳定、经济实惠是其主要特点。

对于一般性大地测量及工程测量以及当前GPS系统现状，它也完全可以满足要求。

但是，随着GPS现代化进程的不断深入，已经不能作为适应未来要求的参考站接收机。

2、NetRS接收机

NetRS接收机最初生产于2003年，广泛应用于永久性参考站，是为参考站而设计的一款专用接收机，2004年以后在国内建设的VRS网络里均采用了NetRS接收机，其可设置固定IP、易于控制、省掉了基准站的PC机、适应了GPS现代化要求的特点是广大客户喜欢的。

其价格比5700要贵一些，但是其方便性深入人心。

TrimbleNetRs（R7/R8）GPS接收机已经在IGS、美国PBO（875台）等国内外类似工程中得到广泛的应用。

可同时跟踪全视野卫星信号并记录数据的能力；

3、NetR5接收机

1，设备配置

2，设备特点

TrimbleR跟踪技术

高级TrimbleMaxwell测量级GPS芯片

高精度多相关GNSS伪距测量

未过滤、未平滑伪距测量数据，获得低噪音、低多路径误差、低时域相关性和高动态反应

低噪音GNSS载波相位测量<1mm精度，1Hz带宽

信噪比以dB-Hz表示

卓越的Trimble低高度角卫星跟踪技术

72通道：

－GPSL1C/A码，L2C，L1/L2/L5全载波

－GLONASSL1C/A码，L1P码，L2P码，L1/L2全周载波

－SBASWASS/EGNOS支持

数据存储：

内存，64MB（1757小时原是数据观测，6颗卫星，15秒间隔）

外置存储，支持USB记忆棒盒USB硬盘，对于需要大量存储的应用允许上百GB的存储容量

码差分GPS定位：

水平精度：

±0.25m+1ppmRMS

垂直精度：

±0.50m+1ppmRMS

WASS差分定位精度：

典型<5m3DRMS

静态和快速静态GPS测量：

水平精度：

±5mm+0.5ppmRMS

垂直精度：

±0.50m+1ppmRMS

动态测量：

（仅当用于GPSnet软件里作为流动站）

水平精度：

±10mm+1ppmRMS

垂直精度：

±20mm+1ppmRMS

初始化时间：

典型<10秒

初始化置信度：

>99.9％

电源

9－30VDC输入，有过压保护

集成的内置电池7.4V，7800mA-hr，锂离子电池，连续操作20小时

外置电源耗完，内置电池投入使用

输入电压>15V时外接电给内置电池充电

集成充电电路

功耗

平均4.8W功耗

尺寸：

4cmx12cmx5cm包括连接头

重量：

1.55kg含内置电池

授权：

ClassBPart15FCC，CE，C-tick

环境：

操作温度：

–40°C――+65°C

储存温度：

–40°C――+80°C

湿度：

100％非冷凝

震动和摇动：

经测试，适应环境标准

震动：

2m对中杆跌落混凝土地面，符合军标MIL-STD-810F,Fig.514.5C-17

摇动：

到40G,10msec，符合军标MIL-STD-810F,FIG.514.5C-17

防水级别IP67，潜入水下1m

全密封防沙，尘，潮湿

通讯

全功能NTRIP服务器和客户端

1个LAN端口

1端口，RJ45接头，支持连接10BaseT/100BaseT网络

所有功能通过单个IP地址同步完成，包括webGUI访问，FTP文件传输和原始数据流。

2个RS232端口

一个或者多个串口可以同时使用发射本地CMR或者RTCM改正信息，或者远程PPP方式的Modem拨号，支持和10BaseT/100BaseT网络端口同样的功能。

蓝牙端口

支持多个蓝牙连接通过PPP配置接收机

1个USB口

连接外置USB记忆棒或者硬盘以增加数据存储量

安全特征：

客户数据流的授权

可配置以太网端口实现HTTP,FTP

WebGUI访问可以加进不同安全设置的密码保护

Email客户端报警和不同接收机参数通知

定位和输出：

1Hz,2Hz,5Hz,10Hz和20Hz定位，内/外接数据记录和数据流输出RT-17/RT-27输出

CMR，CMR+，BINEX和RTCM2.1，2.2，2.3，3.0输出

控制软件

HTML浏览器，IE5.0或以上

Firefox（v1.50）和Netscape4.78或以上

3，Zephyr大地测量2型天线（详细资料见标书附件）

Zephyr大地测量2型天线是新型的大地测量级双频双星的GNSS天线。

它的性能与扼流圈天线相当但更小更轻而且价格优于扼流圈天线。

Zephyr大地测量2型天线采用了全新的技术：

最高级的材料科学技术、高精密的生产工艺、TrimbleStealth.抑径板技术和TrimbleR-track跟踪技术。

使得Zephyr大地测量2型天线的相位中心稳定性和抗多路径效应的能力达到了扼流圈天线的水平，并且在恶劣环境下的低角度卫星的跟踪能力要强与扼流圈天线。

新材料的使用使得Zephyr大地测量2型天线更加紧凑和轻便。

因为TrimbleStealth.抑径板技术不依赖于卫星信号的频率因此Zephyr大地测量2型天线可以接收L1/L2/L2C/L5/GLONASS以及伽利略卫星信号。

●尺寸：

13.5cm直径×3cm最大厚度

●重量：

.2.21磅

●操作温度：

.40～+70度

●全密封100%不凝结

●防摔性能：

2m下落到混凝土地面

●抗震性能：

符合MIL-STD-810标准

●夺馈点技术和亚毫米相位中心

●整合的低噪声放大器

●50dB信号增益

●Trimble隐形抑经板技术

4，投资分析

NetR5作为目前功能最强大、信号最完整、集成化程度最高的接收机，代表了全球定位系统产业的发展方向，也成为其它品牌接收机模仿的典范。

是今年推出的。

目前已经有一个单基站系统在运行。

双星系统加上L2C加上L5的跟踪能力，使得它兼容了目前市场上所有的接收机。

内置网卡、LED屏幕使得操作简便，易于使用。

所以它也是最贵的，如果您希望您的系统能够具有前瞻性，避免以后参考站的更新换代，则非它莫属。

图2.82NetR5接收机的IE浏览器访问界面

图2.83通过IE浏览器进行远程IP设置

4、安装

A、环境条件

Trimble接收机外壳采用了防水设计。

可是，用户还是要小心使用避免仪器受潮。

为了提高接收机性能并且保证其长期可靠地使用，您应当避免将接收机在恶劣环境下存放、使用，如：

☹浸水

☹超过65

高温

☹低于-40

低温

☹腐蚀性气体和液体的侵蚀

B、电磁干扰源

请不要将GPS天线靠近或放置在下列电磁干扰源：

☹油气管道工程（火花塞）

☹电视或电脑屏幕

☹交流发电机和直流发电机

☹电力马达

☹DC-AC转换器装备

☹荧光灯

☹开关电源

C、不间断供电

Trimble建议您使用不间断供电设备（UPS）向接收机供电，与此同时NetR5内置电池也可以连续耗电长达15小时供电。

UPS能够保护设备不受电涌或瞬间放电的影响，并且保证接收机在短暂的电力供应中断时也能够正常运行。

D、闪电防护

Trimble建议您在永久基准站上安装闪电防护设备。

设备包括天线馈线和安全接地端气泡式防闪电装置。

天线附近加装静电防护器能够降低闪电直击的可能性。

此外，还需要在所有通讯和建筑物电源线接入点处进行防护。

如果您使用其它天线或电波发射装置，例如用于发布实时差分信息的电台调制解调器，还需要考虑这类设备的天线防护。

如需了解更多信息，请联系当地Trimble代理商，或访问以下网站：

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●

E、放置天线

在安装基准站天线之前，请首先对天线安放的最佳地点进行规划，并思考如何获得该安放点的精确位置坐标。

图3.85放置天线最佳位置图

Trimble建议站点的选择应当充分避免电磁以及附近障碍物造成的多路径反射信号干扰。

在天线安放点附近，天空的可视性要好，并尽可能开阔，10度仰角以上不要有障碍物遮挡。

如果10度以上有遮挡物，或周边有大块金属物体，则流动站和基准站接收到的卫星可能都不尽相同。

此时将无法进行DGPS或RTK解算。

二）电源供给

1、接收机的电源供给

2、运行参考站软件的计算机电源供给

Trimble建议您使用不间断供电设备（UPS）向接收机供电，与此同时NetR5内置电池也可以连续耗电长达15小时供电。

UPS能够保护设备不受电涌或瞬间放电的影响，并且保证接收机在短暂的电力供应中断时也能够正常运行。

具体要求：

不间断、备用、稳定等。

1．期间雷达站本地计算机网卡因感应雷损坏造成数据传输中断。

21日左右，Leica1200Pro接收机因感应雷造成的硬件损坏而退出试验，Javad和Trimble的接收机表现良好，直至试验结束。

2．在偏远地区或自然灾害比较频繁发生的地区，GPS基准站的供电系统面临一定的威胁，除了对接收机功耗（主要考虑蓄电池供电时间）提出一定要求之外，外电系统的热切换也至关重要。

以下是国家气象局进行的雾灵山试验给出的一些结果（期间出现过断电、来电过程）：

a）Javad接收机：

停