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【摘 要】 随着GPS技术在测量领域内应用的不断深化，以及各行业用户对GPS测量提出了越来越高的要求，普通的GPS连续运行参考站一般要求整个网络系统中需要至少4台长期运行的GPS参考站型接收机，复杂的网络数据传输和数据处理软件系统，其投资巨大、费用高，针对这种情况，拓普康公司在充分了解测绘市场、结合中国用户的具体情况推出了其自有的“Topcon单参考站系统”方案。本文主要讲述了“拓普康单参考站系统”的系统功能、应用优势及项目的实施。
【关键词】 GPS；单参考站系统；功能；优势；性能
1 拓普康单参考站系统简介
随着GPS技术在测量领域内应用的不断深化，以及各行业用户对GPS测量提出了越来越高的要求，给基础测绘、整个城市的空间信息数字化和地质灾害监测等工作注入了新的动力。然而，这些GPS连续运行参考站系统一般要求整个网络系统中需要至少4台长期运行的GPS参考站型接收机，复杂的网络数据传输系统和数据处理软件系统，其投资巨大、审批建设周期漫长、系统维护费用高昂。虽然这样网络GPS系统给用户所提供的服务空间范围比较大，服务种类也更加多样，但对于很多想体验GPS连续运行参考站给GPS测量带来的诸多便利性的特殊用户或中小城市用户而言，这无疑门槛太高。
针对这种情况，拓普康公司在对国内外测量市场充分了解的基础之上，结合中国用户的具体情况推出了其自有的“拓普康单参考站系统”方案。拓普康单参考站系统的核心是拓普康TopNET连续运行参考站软件系统和拓普康新一代GPS接收机技术。在它们的支持下，该方案完全可以满足一般中小城市或者局部范围内GPS用户建设单参考站系统的需求，且由于其具有前瞻性的设计思路整个软件是弹性的、可扩展的，结合不同的软件模块可以提供更多、更好的服务。
2 系统功能、性能指标及优势
2.1系统的功能简介
在定位信号的有效覆盖区域内，利用一台GPS测量型接收机可进行城市各级控制点测量（非完全荫蔽区）；定位信号的有效覆盖区域内，提供GPSRTK测量，满足非荫蔽区工程测量、地图修测等项要求；采用了基于TCP/IP的网络通信技术，进行RTCM-SC104标准格式或CMR格式RTK差分广播，流动站使用蓝牙GPRS手机访问参考站的RTK差分改正数据；通过FTP等方式实现向用户提供事后精密定位服务；完成了永久性的参考站建设，可随时升级为省级或地区级GPS连续运行参考站，在条件成熟时可随时加入新的GPS连续运行参考站系统；
控制中心软件系统的服务完全模块化，可方便的从单参考站升级为多参考站系统，软件功能实用，操作简单；用户端软件采用了中文界面，包括测图、放样等功能，为用户提供良好的使用交互界面。
2.2系统的性能指标
表2-2-1 系统的性能指标
项目 内容 技术指标
覆盖范围 导航 距参考站半径150Km范围内
定位 单参考站RTK，作用距离可达距参考站30Km以内
精度 动态参考基准 地心坐标的坐标分量 绝对精度不低于0.05米
基线向量的坐標分量 相对精度不低于3×10-8
实时定位 水平：10mm+1ppm 垂直：15mm+1ppm
事后精密定位 水平：3mm+0.5ppm 垂直：5mm+0.5ppm
变形监测 水平≤5mm 垂直≤10mm
导航注3 水平≤5m（1m） 垂直≤7m（2m）
定时 单机精度≤100ns 多机同步≤10ns。
可用性 导航 95.0%（365天内）；95.0%（1天内）
定位 95.0%（365天内）；95.0%（1天内）
完好性 报警时间 <6秒，
误报概率 <0.3%
兼容性 卫星信号 GPS：L1，L2，L5，C1，P1，P2，L2C
GLONASS：L1，L2，L5，C1，P1，P2，L2C/A，（L5）
差分数据 RTCM-SC104v2.3，3.0；CMR/CMR+；RINEX
接收机设备 目前国内主流厂商的GNSS接收机；
容量 实时用户 GPRS/CDMA方式：无用户数量限制
事后用户 无限制
应用领域 导航 陆上导航，地理信息采集、更新等
定位 勘测、国土、规划、工程建设，变形监测，水利，气象等
2.3应用优势
单参考站应用方式，无需看守基准站，流动站最高可实现单人作业；甚至坐标转换参数也可提前求定，以后可一直使用。这节省了大量的人力物力。
参考站与流动站可通过无线手机网络进行通讯，只要有手机网络的地方就能通讯，解决了传统RTK中电台信号传输不远的问题。
RTK中最容易出错的问题就是设置基准站，与坐标转换中。单参考站应用中，参考站保持24×7连续运行，坐标转换可提前精确求定。流动站作业少了很多步骤，从而也极大地避免了出错的可能。
单参考站架设位置，对卫星信号接收的信噪比、多路径影响等作出评估，最终选定一个最佳的点位。由此，参考站将获得最佳的信号接收，而流动站作业也将实现最好的精度与最大的可用性。如果当地要建立参考站网，单参考站可随时扩展或直接纳入参考站网中。
3 项目实施
主要是指在用户指定的位置建立GPS天线观测墩，用于安装GPS接收天线，如PG-A1天线。可加装防护罩，建设过程中必须要考虑两个问题，一是GPS观测环境必须要好，二是为防止雷击，必须在观测墩附近建立避雷针，并有良好接地。防雷工程需由当地有防雷资质的专业单位或公司负责实施。 3.1基準站选址
选址要求如下：
10度高度角以上没有遮挡物；距易产生多路径效应的地物（树木、水体、海滩和易积水地带、金属物体）的距离不小于200米；距电磁干扰区（如微波站、无线电发射塔、高压线穿越地带等）的距离不小于200米；避开易产生振动的地带（如铁路沿线等）；
避开地质构造不稳定的地区；有稳定可靠的交流电供应；光纤通信或ADSL接入方便。
满足以上初步要求后，还必须对GPS站址进行观测环境测试，在选择的位置架设临时脚架，模拟GPS实际工作的情况进行24小时的GPS数据采集，进行数据分析，以确定GPS信号观测效果，确认选择的位置没有任何影响GPS工作的因素，才能够进行下一步的天线墩建设施工。
3.2天线墩建设及防雷工程
建议采用屋顶型的GPS观测墩：
建设要求：观测墩的尺寸可以根据周围的环境及设计图纸进行，一般高出屋顶1.5米即可。
观测墩内需预留一个走线的钢管或PVC管，需要考虑到GPS天线电缆到室内的距离，如果超过30米，需要增加在线信号放大器。观测墩顶部需要进行处理，安装强制对中标志（永久跟踪站可以简化处理），进行平整处理。GPS天线可根据需要安装玻璃钢的天线保护罩。整个观测墩外围进行避雷设施，可以采用镀锌钢管进行处理，整个基础与楼房的避雷系统相连。避雷针必须高出全部的设备仪器，具体可以参考避雷规范的要求。
3.3设备安装
室外设备包括：天线墩、避雷针、GNSS接收天线及天线罩、天线电缆等；
室内设备包括：GNSS接收主机、服务器、UPS电源、网络设备、天馈线避雷器、电源线避雷器、通信线避雷器、机柜等；网络设备根据所使用的通信网络方式不同，而有区别。通常可能由交换机、路由器、光纤收发器等组成。为了增强网络安全性及系统的稳定性，可以选配硬件防火墙。
UPS电源为服务器、GNSS接收机、网络设备等供电，UPS电源对市电有稳压、消除谐波干扰的作用，另外在市电断电的情况下，可以持续为所有设备供电，从而保障系统运行的持续稳定。
在安全防护方面，为保障天线墩不受雷击，应在天线墩附近安装避雷针，避雷针高度根据防雷规范计算得到。同时，室内设备需要安装避雷器。在天线墩顶部必须安装强制对中装置，并进行严格整平。同时，天线墩中应该预埋一条走天线电缆的PVC管或钢管。GNSS天线到GNSS接收机通过天线电缆连接，根据实地条件，天线电缆可埋入地下或架空。如果所需天线电缆超过30米，需增加在线信号放大器。
3.4用户子系统
单参考站系统建立成后，使用该系统的用户子系统可以扩展到十分庞大。TopconGPS流动站用户可以使用GPS接收机、GPRS或CDMA无线网络设备、手簿，从数据处理中心以GPRS、CDMA等多种通讯方式实时获取多种国际标准格式（CMR/CMR+/RTCM2.1，2.2，2.3，3.0）的差分数据。控制器为全中文操作界面，具有自动基准站、流动站设置功能，可以完成全部的测绘工作，采点、放样等。
3.5参考站软件TOPNET简介
作为整个拓普康GPS参考站系统的核心部分——TopNET，是美国拓普康定位系统公司推出的最新的、独一无二的且功能强大的GPS参考站软件系统。TOPNET软件采用模块化的设计，一套单基站软件提供四个站点的授权，将来可以很容易地将基站数增加到四个组成网络RTK，这是一套真正意义上的参考站软件，因此将来也可以非常容易地进行升级，扩大到更大的网络或者直接纳入其它网中使用。
TopNET-N是给流动站RTK测量提供服务的客户端软件，流动站通过它来获取相应的RTK定位服务。TopNET-N从TopNET-S服务器端获取一台或多台参考站接收机的数据，流动站以TCP/IP的方式接入到该软件，根据接入时所使用的端口号可以获取不同的RTK定位服务。如果网络带宽和计算机处理能力允许，TopNET-N对于所接入的流动站数量几乎无限制。
4 结语
随着科技的发展，单参考站系统的发展具有规模化和服务实时化两个重要趋势。首先单参考站系统项目建设都是从某地区或行业开始，逐渐与其它地区或专业组建的网络进行互联，最终形成跨行业、跨地区、跨国家的网络，从而实现原始数据的共享与交换，其互联必须以政策的保障以及技术标准和协议上的统一为前提。其次，定位服务实时化是另一个发展趋势，服务实时化的基础是实现原始数据的实时传输。EPN网络中德国、挪威等国家已率先利用实时载波相位差分、网络RTK技术提供实时定位服务。
参考文献：
[1]谭志彬，戴连君，过静君，等.北京市全球卫星定位综合应用服务系统[J].测绘通报，2004，（8）：38-40.
[2]吴利民，陈云波，丁仁军.昆明市连续运行GPS参考站系统的建设及应用[J].城市勘测，2005，（5）：8-9.
[3]谭志彬，戴连君，过静君.GPS连续运行参考站网数据存储.测绘通报[J].2003，（11）.
作者简介：马彦书（1985-），男，吉林省松原市人，助理工程师，现从事矿山测量工作；赵稚秀（1988-），女，辽宁省大连市人，助理工程师，现从事矿山测量工作。
【关键词】 GPS；单参考站系统；功能；优势；性能
1 拓普康单参考站系统简介
随着GPS技术在测量领域内应用的不断深化，以及各行业用户对GPS测量提出了越来越高的要求，给基础测绘、整个城市的空间信息数字化和地质灾害监测等工作注入了新的动力。然而，这些GPS连续运行参考站系统一般要求整个网络系统中需要至少4台长期运行的GPS参考站型接收机，复杂的网络数据传输系统和数据处理软件系统，其投资巨大、审批建设周期漫长、系统维护费用高昂。虽然这样网络GPS系统给用户所提供的服务空间范围比较大，服务种类也更加多样，但对于很多想体验GPS连续运行参考站给GPS测量带来的诸多便利性的特殊用户或中小城市用户而言，这无疑门槛太高。
针对这种情况，拓普康公司在对国内外测量市场充分了解的基础之上，结合中国用户的具体情况推出了其自有的“拓普康单参考站系统”方案。拓普康单参考站系统的核心是拓普康TopNET连续运行参考站软件系统和拓普康新一代GPS接收机技术。在它们的支持下，该方案完全可以满足一般中小城市或者局部范围内GPS用户建设单参考站系统的需求，且由于其具有前瞻性的设计思路整个软件是弹性的、可扩展的，结合不同的软件模块可以提供更多、更好的服务。
2 系统功能、性能指标及优势
2.1系统的功能简介
在定位信号的有效覆盖区域内，利用一台GPS测量型接收机可进行城市各级控制点测量（非完全荫蔽区）；定位信号的有效覆盖区域内，提供GPSRTK测量，满足非荫蔽区工程测量、地图修测等项要求；采用了基于TCP/IP的网络通信技术，进行RTCM-SC104标准格式或CMR格式RTK差分广播，流动站使用蓝牙GPRS手机访问参考站的RTK差分改正数据；通过FTP等方式实现向用户提供事后精密定位服务；完成了永久性的参考站建设，可随时升级为省级或地区级GPS连续运行参考站，在条件成熟时可随时加入新的GPS连续运行参考站系统；
控制中心软件系统的服务完全模块化，可方便的从单参考站升级为多参考站系统，软件功能实用，操作简单；用户端软件采用了中文界面，包括测图、放样等功能，为用户提供良好的使用交互界面。
2.2系统的性能指标
表2-2-1 系统的性能指标
项目 内容 技术指标
覆盖范围 导航 距参考站半径150Km范围内
定位 单参考站RTK，作用距离可达距参考站30Km以内
精度 动态参考基准 地心坐标的坐标分量 绝对精度不低于0.05米
基线向量的坐標分量 相对精度不低于3×10-8
实时定位 水平：10mm+1ppm 垂直：15mm+1ppm
事后精密定位 水平：3mm+0.5ppm 垂直：5mm+0.5ppm
变形监测 水平≤5mm 垂直≤10mm
导航注3 水平≤5m（1m） 垂直≤7m（2m）
定时 单机精度≤100ns 多机同步≤10ns。
可用性 导航 95.0%（365天内）；95.0%（1天内）
定位 95.0%（365天内）；95.0%（1天内）
完好性 报警时间 <6秒，
误报概率 <0.3%
兼容性 卫星信号 GPS：L1，L2，L5，C1，P1，P2，L2C
GLONASS：L1，L2，L5，C1，P1，P2，L2C/A，（L5）
差分数据 RTCM-SC104v2.3，3.0；CMR/CMR+；RINEX
接收机设备 目前国内主流厂商的GNSS接收机；
容量 实时用户 GPRS/CDMA方式：无用户数量限制
事后用户 无限制
应用领域 导航 陆上导航，地理信息采集、更新等
定位 勘测、国土、规划、工程建设，变形监测，水利，气象等
2.3应用优势
单参考站应用方式，无需看守基准站，流动站最高可实现单人作业；甚至坐标转换参数也可提前求定，以后可一直使用。这节省了大量的人力物力。
参考站与流动站可通过无线手机网络进行通讯，只要有手机网络的地方就能通讯，解决了传统RTK中电台信号传输不远的问题。
RTK中最容易出错的问题就是设置基准站，与坐标转换中。单参考站应用中，参考站保持24×7连续运行，坐标转换可提前精确求定。流动站作业少了很多步骤，从而也极大地避免了出错的可能。
单参考站架设位置，对卫星信号接收的信噪比、多路径影响等作出评估，最终选定一个最佳的点位。由此，参考站将获得最佳的信号接收，而流动站作业也将实现最好的精度与最大的可用性。如果当地要建立参考站网，单参考站可随时扩展或直接纳入参考站网中。
3 项目实施
主要是指在用户指定的位置建立GPS天线观测墩，用于安装GPS接收天线，如PG-A1天线。可加装防护罩，建设过程中必须要考虑两个问题，一是GPS观测环境必须要好，二是为防止雷击，必须在观测墩附近建立避雷针，并有良好接地。防雷工程需由当地有防雷资质的专业单位或公司负责实施。 3.1基準站选址
选址要求如下：
10度高度角以上没有遮挡物；距易产生多路径效应的地物（树木、水体、海滩和易积水地带、金属物体）的距离不小于200米；距电磁干扰区（如微波站、无线电发射塔、高压线穿越地带等）的距离不小于200米；避开易产生振动的地带（如铁路沿线等）；
避开地质构造不稳定的地区；有稳定可靠的交流电供应；光纤通信或ADSL接入方便。
满足以上初步要求后，还必须对GPS站址进行观测环境测试，在选择的位置架设临时脚架，模拟GPS实际工作的情况进行24小时的GPS数据采集，进行数据分析，以确定GPS信号观测效果，确认选择的位置没有任何影响GPS工作的因素，才能够进行下一步的天线墩建设施工。
3.2天线墩建设及防雷工程
建议采用屋顶型的GPS观测墩：
建设要求：观测墩的尺寸可以根据周围的环境及设计图纸进行，一般高出屋顶1.5米即可。
观测墩内需预留一个走线的钢管或PVC管，需要考虑到GPS天线电缆到室内的距离，如果超过30米，需要增加在线信号放大器。观测墩顶部需要进行处理，安装强制对中标志（永久跟踪站可以简化处理），进行平整处理。GPS天线可根据需要安装玻璃钢的天线保护罩。整个观测墩外围进行避雷设施，可以采用镀锌钢管进行处理，整个基础与楼房的避雷系统相连。避雷针必须高出全部的设备仪器，具体可以参考避雷规范的要求。
3.3设备安装
室外设备包括：天线墩、避雷针、GNSS接收天线及天线罩、天线电缆等；
室内设备包括：GNSS接收主机、服务器、UPS电源、网络设备、天馈线避雷器、电源线避雷器、通信线避雷器、机柜等；网络设备根据所使用的通信网络方式不同，而有区别。通常可能由交换机、路由器、光纤收发器等组成。为了增强网络安全性及系统的稳定性，可以选配硬件防火墙。
UPS电源为服务器、GNSS接收机、网络设备等供电，UPS电源对市电有稳压、消除谐波干扰的作用，另外在市电断电的情况下，可以持续为所有设备供电，从而保障系统运行的持续稳定。
在安全防护方面，为保障天线墩不受雷击，应在天线墩附近安装避雷针，避雷针高度根据防雷规范计算得到。同时，室内设备需要安装避雷器。在天线墩顶部必须安装强制对中装置，并进行严格整平。同时，天线墩中应该预埋一条走天线电缆的PVC管或钢管。GNSS天线到GNSS接收机通过天线电缆连接，根据实地条件，天线电缆可埋入地下或架空。如果所需天线电缆超过30米，需增加在线信号放大器。
3.4用户子系统
单参考站系统建立成后，使用该系统的用户子系统可以扩展到十分庞大。TopconGPS流动站用户可以使用GPS接收机、GPRS或CDMA无线网络设备、手簿，从数据处理中心以GPRS、CDMA等多种通讯方式实时获取多种国际标准格式（CMR/CMR+/RTCM2.1，2.2，2.3，3.0）的差分数据。控制器为全中文操作界面，具有自动基准站、流动站设置功能，可以完成全部的测绘工作，采点、放样等。
3.5参考站软件TOPNET简介
作为整个拓普康GPS参考站系统的核心部分——TopNET，是美国拓普康定位系统公司推出的最新的、独一无二的且功能强大的GPS参考站软件系统。TOPNET软件采用模块化的设计，一套单基站软件提供四个站点的授权，将来可以很容易地将基站数增加到四个组成网络RTK，这是一套真正意义上的参考站软件，因此将来也可以非常容易地进行升级，扩大到更大的网络或者直接纳入其它网中使用。
TopNET-N是给流动站RTK测量提供服务的客户端软件，流动站通过它来获取相应的RTK定位服务。TopNET-N从TopNET-S服务器端获取一台或多台参考站接收机的数据，流动站以TCP/IP的方式接入到该软件，根据接入时所使用的端口号可以获取不同的RTK定位服务。如果网络带宽和计算机处理能力允许，TopNET-N对于所接入的流动站数量几乎无限制。
4 结语
随着科技的发展，单参考站系统的发展具有规模化和服务实时化两个重要趋势。首先单参考站系统项目建设都是从某地区或行业开始，逐渐与其它地区或专业组建的网络进行互联，最终形成跨行业、跨地区、跨国家的网络，从而实现原始数据的共享与交换，其互联必须以政策的保障以及技术标准和协议上的统一为前提。其次，定位服务实时化是另一个发展趋势，服务实时化的基础是实现原始数据的实时传输。EPN网络中德国、挪威等国家已率先利用实时载波相位差分、网络RTK技术提供实时定位服务。
参考文献：
[1]谭志彬，戴连君，过静君，等.北京市全球卫星定位综合应用服务系统[J].测绘通报，2004，（8）：38-40.
[2]吴利民，陈云波，丁仁军.昆明市连续运行GPS参考站系统的建设及应用[J].城市勘测，2005，（5）：8-9.
[3]谭志彬，戴连君，过静君.GPS连续运行参考站网数据存储.测绘通报[J].2003，（11）.
作者简介：马彦书（1985-），男，吉林省松原市人，助理工程师，现从事矿山测量工作；赵稚秀（1988-），女，辽宁省大连市人，助理工程师，现从事矿山测量工作。