巴基斯坦国家CORS网建设设施方案.docx
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巴基斯坦国家CORS网建设设施方案
巴基斯坦国家CORS网建设设施方案
巴基斯坦国家CORS网建设设施方案
(阶段一)
北斗导航科技有限公司
二〇一三年十一月
1.系统功能和技术指标
1.1系统功能
CORS网系统功能描述如下:
●支持单基站、多基站RTK差分服务,支持VRS差分服务;
●生成伪距差分改正信息,用于亚米级和米级定位和导航应用;
●生成相位差分改正信息用于厘米级,分米级定位和导航应用;
●CORS网可生成可选时间段的RINEX文件用于后处理应用,如土地调查和测绘,城市规划,位移监测,地理信息系统等。
1.2技术指标
1.2.1支持频段
●CORS网支持GPS(L1,L2),GLONASS(G1,G2)和BeiDou(B1,B2)的数据处理,未来支持Galileo;
1.2.2数据通信
●实时差分改正数据通过NTRIP向用户播发;
●后处理数据通过Internet网络,以FTP协议向客户发放数据。
1.2.3数据与存储
●实时差分改正数据包括RTCM2.3,RTCM3.0,CMR,CMR+;
●支持参考站原始二进制数据存储;
●支持RINEX2.1/3.0/3.01格式的数据存储;
●CORS参考站接收机可单机存储1月观测数据;
●CORS网可备份1年以上原始观测数据。
1.2.4服务与管理
●可以向所有授权终端用户以NTRIP方式播发实时差分改正数据;
●通过互联网FTP服务器,向用户提供后处理数据下载服务;
●支持FTP下载数据按日期检索,支持下载数据合并和格式转换;
●允许大于200个当前实时数据流和50个ftp用户同时访问;
●可提供参考站的单点定位分析,多路径分析并显示卫星跟踪状态(同时支持GPS、GLONASS和BEIDOU);
●能实时生成系统记录和故障报告,包括参考站状态,用户和设备状态,数据处理和分析信息,生成电离层和对流层报告,警告危险和未授权使用以及错误报告等。
●可管理用户的访问,并根据服务类型,使用时间,使用终端的数量等,以账单报告的形式向用户收费;
●支持移动用户管理功能,移动站通过用户名,密码注册获得访问权限。
1.2.5系统兼容与扩展
●可以与任意第三方RTKGNSS接收机兼容,并且用户可以使用CORS网服务获得测量级精度;
●易于扩展,在不改变现有硬件和软件的前提下,可通过增加CORS参考站扩大覆盖范围;
●支持参考站数据共享,与其他CORS网络共享参考站观测数据。
1.2.6总体技术指标
巴基斯坦国家CORS网一期工程建成后,总体技术指标如下:
表4-1CORS网总体技术指标
类别
技术指标
范围
导航
覆盖范围内并可扩展至100KM远
定位
覆盖范围内并可扩展至30KM远
服务
导航
导航,GIS信息采集和更新
定位
测绘和测绘,地籍清查,城市规划,建筑,变形监测
系统精度1σ
实时
水平≤2cm
垂直≤5cm
后处理
水平≤3mm
垂直≤10mm
导航
水平≤2m
垂直≤3m
延迟
实时
<500ms
可用性
导航
95.0%(365天)(包括内部不可用,供电,电离层电离层闪烁)99.0%(一天内)
定位
95.0%(in365days),99.0%(inoneday)
完整性
报警时间
<6seconds
兼容性
导航
&定位
可生成国际RINEX数据并兼容标准RTCM格式差分数据,可与所有后处理软件和第三方接收机兼容(GPSandGLONASSonly)
注:
以上精度指标均基于WGS-84坐标系
2.系统总体技术方案
2.1CORS网总体方案
2.1.1CORS网的物理组成
图5-1CORS网物理组成
从物理组成上看,CORS网包含参考站、主控中心(MasterControlcenter,以下简称MCC)、终端用户,以及提供数据传输的内部数据链与外部数据链。
参考站接收GNSS卫星信号,通过处理获取原始观测数据,并通过光纤网络传送到主控中心,多个参考站呈网状分布在服务区域内。
MCC主要功能是搜集所有参考站上传的原始观测数据,通过数据处理方法生成差分数据,并通过Internet网络实时将差分数据发给终端用户,为终端用户提供实时差分定位服务;同时,MCC将原始观测数据上传到专门的FTP服务器,用户可通过Internet网络登录到FTP服务器选择下载数据,用于后处理运算。
终端用户作为CORS网的服务对象,可以根据自身的需求,获取不同精度的实时差分数据用于定位和导航服务;或者登录FTP服务器下载关注的时间段和站点的原始观测数据,用于事后处理。
内部数据链的功能是连接各个参考站和MCC,将参考站的数据传回到MCC。
内部数据链通常是VPN专网,保证数据传输的实时性、安全性和整个系统的可靠性。
外部数据链的功能是为用户提供数据获取通道,通常是直接连入Internet,终端用户通过登录网络或者NTRIP方式与MCC建立数据传输通道,获取所需的实时差分数据或下载后处理数据。
2.1.2CORS网的功能组成
CORS网从功能组成上来看,可分为数据观测、数据处理、数据存储、用户管理、传输网络和终端用户六大模块。
图5-2CORS网功能组成示意图
数据观测模块功能是接收GNSS信号,经过处理后得到原始观测数据。
该功能模块实现单元为CORS网的各个参考站。
数据处理、数据存储和用户管理是MCC的核心。
数据处理模块将CORS网各个参考站的原始测量数据融合处理后,生成多种实时差分改正数据,通过Internet向实时用户播发;数据存储模块是CORS系统的数据备份中心,它可以为用户提供后处理数据的下载服务,满足后处理用户的需求;用户管理模块是MCC的对外管理窗口,主要管理用户的访问权限,并记录服务类型,使用时间,使用终端的数量等。
传输网络包含两部分,参考站的原始观测数据通过内部VPN网传送给MCC,终端用户通过Internet和GPRS/3G网络获取MCC的实时数据服务或后处理数据下载。
终端用户即CORS网的应用客户,分为实时用户和后处理用户两种。
实时客户通过Ntrip方式从MCC获取不同精度的实时差分数据用于定位和导航服务;后处理用户登录FTP服务器下载特定时间段和站点的原始观测数据,用于事后处理。
2.2参考站建设方案
图5-3参考站设备组成
参考站的主要设备包括CORS接收机和扼流圈天线,另外还需要有满足设计要求的天线基座、设备间、防雷措施,以及供电设备和用于传输数据的网络设备。
2.2.1建设目标
●在卡拉奇建立5个永久性固定CORS参考站;
●参考站支持GPS(L1,L2),GLONASS(G1,G2)和BeiDou(B1,B2)系统,未来可支持Galileo系统,卫星观测角>5°;
●采用扼流圈天线减少多径效应;
●在15s间隔记录条件下,能保存1个月以上的观测数据;
●5个参考站中的一个站,将作为北斗信号监测站,该站需建立在基岩上,并且能够采集气压和温湿度数据;
●MCC可通过FTP方式,下载参考站的实时观测数据;
●MCC可以远程监视、控制参考站的操作;
●配备UPS电源,在外部供电中断的情况下,仍能工作3天以上。
2.2.2选址原则
因参考站点位受视场、电磁干扰、通电、通讯、环境等因素影响,故参考站点位的选择因遵循一定的原则。
1)距离易产生多路径效应的地物如高大建筑、树木、水体、海滩和易积水地带等的距离不小于200m;
2)应有10度以上的地平高度角卫星通视条件;
3)距离电磁干扰区(如微波站、无线电发射台、高压线穿越地带、飞机场等)和雷击区的距离不小于200m,距离越远越好;
4)避开易产生振动的地带,比如公路边、铁道旁等地方;
5)避开地质构造不稳定区域,比如断层破碎带、易发生滑坡与沉陷等局部变性地区;
6)便于接入公共或者专用通信网络;
7)具有稳定、安全可靠的电源;
8)交通便利;
9)便于长期保存和管理。
2.2.3主要设备
表5-1参考站主要设备
设备名称
主要指标
数量
扼流圈天线
频段:
GPS(L1,L2),GLONASS(G1,G2),BeiDou(B1,B2,B3)
LNA增益:
>40dB
工作电压:
5~12VDC
工作电流:
120mA
最小高度角:
0°
典型高度角:
5°
相位中心误差:
小于2mm
相位中心重复性:
小于1mm
工作温度:
-40℃~85℃
存储温度:
-55℃~85℃
5
CORS接收机
通道:
220通道
频段:
GPS(L1,L2),GLONASS(G1,G2),BeiDou(B1,B2)
测量精度(RMS):
H:
2.5mm+1ppm,V:
5mm+1ppm
通信协议:
TCP/IP
数据率:
1Hz’
通信端口:
2RS-232,1RJ45Ethernet,1TNC,1POWER
工作电压:
9~18VDC
功耗:
3W
5
气象传感器
气压范围:
500~1100hPa
湿度范围:
0~100%RH
温度范围:
-40℃~+60℃
温湿度精度:
±0.05%@+20℃
气压精度:
±0.30hPa@+20℃
工作电压:
10~35VDC
数据接口:
1RS232
1
UPS
输入电压:
110~240VAC50~60Hz
输出电压:
220VAC50~60Hz
信号波形:
正弦波
切换时间:
功率:
700W/1000VA
数据接口:
RS232,RJ45
持续供电:
参考站工作3天
工作温度:
0~+40℃
5
2.3MCC建设方案
MCC是CORS网最重要的组成之一,它包含CORS中心软件、高性能服务器、内部和外部数据链。
主要功能是处理来自各个参考站的实时观测数据,为用户提供VRS或单站RTK服务,同时也可以为用户提供后处理数据下载服务。
MCC也担任了远程管理、监控各参考站的操作,管理终端用户等角色。
图5-4MCC组成示意图
2.3.1主要功能
MCC是汇集、存储、处理和分析各参考站数据资源,远程监控各参考站运行状态,并形成产品和开展服务的系统。
MCC是CORS网的核心单元,主要具有数据处理、系统控制、信息服务、网络管理和用户管理等功能:
图5-5MCC软件运行界面
●数据处理:
数据质量分析和评价;数据综合、数据分流和数据存储;利用VRS技术形成差分修正数据。
●系统监控:
监测设备运行状态;远程管理;故障分析与故障警视。
●信息服务:
通过Internet向用户提供事后精密处理的数据服务,通过NTRIP向用户提供实时差分改正数据服务,从而满足用户在导航、定位等应用的需求;
●网络管理:
监控并管理系统网络;通过硬软件隔离技术实现网络安全防护,保障信息安全;管理网站,通过Internet向用户提供http、ftp等访问服务。
●用户管理:
用户登记、注册、撤消、查询、权限等管理;提供访问授权和用户使用记录。
2.3.2主要设备
表5-2MCC主要设备
设备名称
主要指标
数量
MCC软件
2
服务器
2
服务器机柜
1
磁盘阵列
160M*30(天)*12(月)*5(个站)=288G
170个站,每年数据量约10T左右。
2
以太网交换机
1
光纤交换机
1
防火墙
1
台式PC
2
UPS电源
1
2.4数据传输网络方案
2.4.1主要功能
数据传输网络可分为两部分,数据传输内网与用户服务外网。
其中数据传输内网承担将CORS站的观测数据传送给MCC,并在MCC端控制和监测CORS站运行状态。
数据传输内网通常选择VPN专网,既可保证数据传输带宽,又能保证数据的安全性;用户服务外网主要是CORS网与用户之间的数据传输通道,为终端用户提供后处理数据的FTP下载服务,为终端用户提供实时的差分改正数据播发服务。
用户服务外网是Internet与GPRS/3G网络的组合,MCC直接接入Internet,移动终端用户通过GPRS/3G接入Internet获取实时差分改正数据,数据后处理用户通常直接接入Internet访问MCC的FTP服务器,下载所需后处理数据。
图5-6CORS网数据传输网络
2.4.2指标要求
为了满足CORS网的高效、稳定运行,对数据传输内网与用户服务外网的主要技术指标要求如下:
表5-3CORS网数据传输网络要求
数据传输内网
用户服务外网
网络类型
VPN专网
Internet
IP地址
MCC:
固定IP
CORS:
固定IP
MCC:
固定IP2个
传输带宽
MCC:
5Mbps
CORS站:
1Mbps
MCC:
10M2路
网络延迟
<500ms
<500ms
误码率
≤10-8
≤10-8
2.5CORS终端方案
随着巴基斯坦国家CORS网一期建设和二期规划的完成,高精度测量型应用在巴基斯坦将会得到迅速的发展。
高精度测量型接收机将在地形测绘、电离层监测、地震监测,大气水分监测、板块沉降、机械控制、形变监测和精准农业等领域更为广泛的应用。
联合研究和开发多系统、多频段的高精度GNSS接收机,提供诸如地形测绘、大气监测等一系列解决方案,将有助于巴基斯坦开展GNSS接收机的开发和研究,能够缩短产品开发周期,降低产品研发成本,加快巴基斯坦高精度产业的发展。
为实现联合开发GNSS接收机的目标,本项目中,主要提供两种类型的终端产品:
一体化BeiDou/GNSSRTK接收机、手持BeiDou/GNSS接收机。
前者主要适用于高精度RTK测量和静态测量等应用;后者将适用于地理信息采集和filedcontroller。
2.5.1指标要求
●一体化BeiDou/GNSS接收机
1)支持GPS(L1,L2)、GLONASS(G1,G2)和BeiDou(B1,B2,B3);
2)内置GNSS板卡、GPS天线、UHF接收模块、GPRS/CDMA模块、蓝牙、电池;
3)支持RTK和后处理测量,RTK测量精度优于:
a)水平:
10mm+1ppm*D;垂直:
20mm+1ppm*D
后处理测量精度优于:
b)水平:
3mm+1ppm*D;垂直:
6mm+1ppm*D
4)RTK基线长度大于20km;
5)可保存原始测量数据,数据记录间隔可设置。
在30s记录间隔条件下,可保存5天以上的观测数据;
6)内置电池支持工作10小时以上;
7)防护等级:
IP65。
●手持BeiDou/GNSS接收机
1)支持GPS(L1)和BeiDou(B1)频点;
2)内置GNSS板卡、GPS天线、GPRS/CDMA模块,支持蓝牙、WIFI,嵌入式处理单元,触摸屏幕,内置电池;
3)支持DGPS(通过GPRS获取差分数据),定位精度优于2m(RMS);
4)支持外置SD卡,容量不小于8G;
5)支持第三方软件运行;
6)可作为RTK测量设备的手簿;
7)内置电池支持工作8小时以上;
8)防护等级:
IP65
2.5.2主要设备
表5-4CORS终端主要设备
设备名称
主要指标
数量
一体化BeiDou/GNSS接收机
支持GPS(L1,L2)、GLONASS(G1,G2)和BeiDou(B1,B2,B3);
静态定位精度(RMS):
水平:
:
±(2.5+1×10-6D)mm
垂直:
±(5+1×10-6D)mm
RTK定位精度(RMS):
水平:
±(8+1×10-6D)mm
垂直:
±(15+1×10-6D)mm
初始化时间:
<10s
内存:
4G
数据率:
1Hz,
无线方式:
蓝牙、UHF电台、GSM/GPRS
端口:
2RS-232,1USB,1电源
面板:
3个按键,4个LED灯
电池:
锂电池,3.7V10000mAh
工作时间:
10hours
输入电压:
9~18VDC
尺寸:
15.5cm×15.5cm×9.8cm
重量:
2kg
防护等级:
IP67
2
手持BeiDou/GNSS接收机
支持GPS(L1)和BeiDou(B1)频点
单点定位精度(RMS):
5m
DGPS精度(RMS):
2m
数据率:
1Hz
操作系统:
WM6.5
主频:
600MHz
内存:
256MRAM,512Flash
无线方式:
蓝牙,WiFi,GSM/GPRSmodem;
触屏:
3.5inch,640*480
摄像:
5MPixels
端口:
1RS-232,1USB,1SD卡槽,1SIM卡槽,1电源
电池:
锂电池:
3000mAh
工作时间:
12hours.
输入电压:
3.3-5VDC
尺寸:
179.5mmx91.2cmx31.5cm
防护等级:
IP66
3
2.6验收方案
KarachiCORS网建成后,中国长城公司需要完成对C
ORS系统的验收工作,以测试该系统是否能够正常运行,是否满足巴方需求,是否达到预期效果。
系统验收包括功能测试、精度测试、时空可用性测试、第三方接收机兼容性测试。
2.6.1功能测试
功能测试的目的是检测整个系统连续运行和自动提供服务的能力。
主要包括两个方面:
(1)检测GNSS参考站子系统和MCC子系统,以确认它们能够在无人为干预的情况下连续运行并提供服务;
(2)检测GNSS参考站和MCC软件,以确认它们之间的数据传输是连续和自动的;
(3)检测MCC软件,以确认它能够自动向用户提供数据服务。
2.6.2精度测试
KarachiCORS网的精度要求如下表所示:
系统精度
实时
水平≤4cm
垂直≤10cm
后处理
水平≤3mm
垂直≤10mm
导航
水平≤2m
垂直≤3m
在精度测试中,SUPARCO可能会要求不同的接收机供应商或生产商参与其中。
2.6.3时空可用性测试
(1)时间可用性测试方法
中国长城工业集团有限公司和SUPARCO在CORS网覆盖范围内的不同地区选择几个已知点;连接含北斗的接收机和CORS网,以进行RTK;选择RTK模式以1Hz的频率进行连续测试;经过连续测量24小时后,中国长城工业集团有限公司将对所获取的RTK数据进行输出和处理;将经过测量所获取的经纬度信息与已知的经纬度信息进行对比,找出超过误差极限范围(当误差超过规定最大误差的三倍时,认为这样的店超过了误差极限范围)的点以及这样的点的数量。
当超过误差极限范围的点的数量与所选已知点的数量的比例低于5%,认为时间可用性达到了用户需求。
(2)空间可用性测试方法
完成精度测试,并且精度测试结果满足用户需求后,才可以进行空间可用性测试。
空间可用性测试的目的是为了测试和确认CORS网覆盖下有效RTK的范围。
进行这项测试时,RTK测量模式需要通过NTRIP客户端连接方式连接到KarachiCORS网上,以获得网络校正信息。
将支持北斗的GNSS接收机放在车外,能够实现RTK测量模式下接收机与CORS网的连通。
以固定的速度行驶汽车(比如保持70Km/h的速度),这样可以通过MCC软件检测接收机的行驶路径。
中国长城工业集团有限公司和SUPARCO将分别完成对CORS网的内部区域和外部区域的测试。
通过这样的方式,CORS网进行网络RTK操作的有效范围就可以获取。
2.6.4GPS接收机兼容性测试
考虑到CORS网的商业用途,SUPARCO可能会要求不同品牌的接收机供应商或制造商加入到网络RTK野外测试过程中来。
SUPARCO和中国长城工业有限公司会测试不同接收机的初始化时间。
初始化时间是浮点解到固定解的时间间隔(initializationtimeisthetimeintervalofroversfromfloatsolutiontofixedsolution.)
2.6.5项目验收projectacceptance
项目验收后,KarachiCORS应该能够提供以下服务:
(1)覆盖整个Karachi地区的统一的WGS-84坐标系;
(2)KarachiCORS网络系统能够提供RINEXV2.1/3.0/3.01格式的原始观测数据,以满足用户高精度要求下的后处理操作;
(3)KarachiCORS网络系统能够提供RTCMV2.3/3.0格式的校正数据,以实现用户导航和定位的需求,同时能够支持更新版本的RTCM数据格式;
(4)KarachiCORS网络系统能够向具有不同精度要求的工业提供服务。
KarachiCORS网能够同时提供米级、亚米级、厘米级、毫米级精度的服务。
3.任务分工
巴基斯坦国家CORS网建设项目由以下三方共同负责承建:
中国长城工业总公司(CGWIC)
负责项目管理、组织协调、质量控制与风险控制。
北斗导航科技有限公司(BDNST)
负责项目的具体实施,包括设备和软件的提供、系统安装调试和验收测试。
巴基斯坦空间和外大气层研究委员会(SUPARCO)
负责提供必要的施工条件和保护措施。
4.组织管理方式
针对本项目,公司采取了多种保证措施,以确保项目保质、按时完成。
●项目领导小组
成立专门的项目领导小组,负责项目的组织、协调与沟通。
由公司领导负责调配资源组建项目开发团队,由项目经理负责项目任务分解与分配,制定高效可行的项目计划,并领导团队进行项目实施。
●质量管理机制
由专门的质量管理人员对项目进展做跟踪检查,及时发现项目进行中的困难和问题,并督促项目经理尽快解决。
质量管理人员随时检查项目活动是否正规、合理,对不符合项目开发流程的活动进行警告和纠正,确保项目完成的时间和质量。
●优选项目团队
项目开发团队是由项目领导小组指定的,由经验丰富和技术能力较强的开发人员组成。
有着多年从事CORS网软硬件开发的经验,重点关注了系统的性能设计和可靠性设计。
●合格供方管理
项目中必须外部采购的器件和通用设备,采购部首先筛选供应商,并对其资质进行审核,形成合格供应商名录,再选择排名靠前的供应商采购设备,并对采购到货的器件和设备做验收测试,质量检测合格的方可被项目选用。
●项目汇报制度
项目组成员每日向项目领导小组汇报工作进展,项目组每周向各项目承担方汇报项目进展,确保项目承担方和项目领导小组清楚了解当前项目进展和问题,及时解决项目实施中遇到的困难和问题。
5.经费预算
表11-1项目总体经费预算
金额单位:
万元
项目
经费
1、设备费
(1)购置设备费用
(2)设备升级改造费用
(3)CORS网软件开发费用
2、测试费
3、货运费
4、差旅费
5、其它支出
6、专家咨询费
合计
表11-2设备费用明细表
金额单位:
万元
设备/软件清单
数量
单价
(元)
总价
(元)
1
NET20-CORS接收机
5
2
扼流圈天线
5
3
气象传感器VASALAPTU-300
1
4
浪潮服务器NF5280M3
3
5
浪潮机柜(42U,includeKVM)
1
6
浪潮存储器AS600G3