摘要：研究利用現代大地測量的高新技術手段，在城市原有的坐標資料和水準、重力資料的基礎上，建立集平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基礎控制網，結合城市連續運行衛星定位服務系統（CORS）和高精度似大地水準面提高城市空間數據基礎設施建設的水平。指出了建立連續運行衛星定位服務系統和高精度似大地水準面的途徑及有關問題。
　　關鍵詞：似大地水準面，GPS，CORS，大地水準面精化，RTK
　　
　　現代社會發展的重要標志之一是城市化水平的高低，21世紀是世界城市化高度發展的世紀，據聯合國人居中心預測，2010年全球城市化水平將達到55%，2025年達到65%。城市化的進程使得城市范圍擴大，功能復雜，服務趨于多樣化，數字城市建設是為滿足城市日益增長的各種管理服務需要的信息化平臺。
　　數字城市的首要任務是全面提高城市空間數據基礎設施建設的水平，有效地、動態地提供適應可持續發展需要的多尺度空間數據和有關社會、經濟、資源和環境等地理屬性方面的動態信息，建立地理空間數據分布式存儲管理與網絡服務的信息共享機制，提供基于三維可視化的從空間信息查詢、智能分析到輔助決策的信息服務功能，以滿足城市建設、管理與服務的各種需要。[1]
　　在數字城市的基礎設施中，除網絡、傳輸協議和軟件外，還有表達空間數據的基礎設施。作為城市空間數據的基礎設施，不僅要求為建立數字城市而獲取空間數據和地理特征，而且對信息采集的實時性和準確性有較高的要求。利用GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)定位技術建立的連續運行衛星定位服務系統和結合GPS（GlobalPositionSystem）技術建立的似大地水準面，在滿足城市信息化建設的各種需求方面至關重要。它們不僅是動態、連續的空間數據參考框架，同時也是快速、高精度獲取空間數據和地理特征的基礎設施之一，因此成為提高城市空間數據基礎設施的重要手段。
　　1．城市CORS組成
　　1.1城市CORS簡介
　　城市連續運行衛星定位服務系統（Continuousoperationalreferencesystem，CORS）是在一定的區域內以一定的間隔建設若干永久性連續運行的GPS衛星定位跟蹤站，通過數據通信網絡，如因特網、衛星通信網或無線電廣播網、蜂窩數據分組交換網（CDPD）等，向各類需要測量定位、導航、定時或其它延伸性研究開發需求的用戶提供跟蹤站站址坐標和衛星跟蹤數據，以滿足各類不同行業、不同用戶對精密定位、快速和實時定位、導航、授時、守時、時間同步的要求。[2]
　　CORS一般要求具備實時和事后精密定位服務兩大功能。靜態服務可通過數據交換或在線計算的方法實現，比較困難的是實時動態定位技術。在過去，實時動態定位主要依靠常規RTK（realtimekinematic）技術，作用范圍小，可靠性差。近年來，多基站網絡RTK技術已成為實時動態定位的主要發展方向。依靠網絡RTK技術，CORS可在城市區域內向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息。
　　1.2組成結構
　　城市CORS一般由衛星跟蹤基準站、系統控制中心、用戶數據中心、用戶應用、數據通信5個子系統組成，各子系統由數字通信子系統互聯，形成一個分布于整個城市的局域網（城域網）。[3]城市的CORS結構如圖1所示。圖1城市CORS系統結構
　　1.2.1衛星跟蹤基準站
　　衛星跟蹤基準站是CORS的數據源，用于實現對衛星信號捕獲、跟蹤、記錄和傳輸，主要包括不間斷電源、GPS接收機、計算機、數據處理軟件、網絡、防電涌等設備。
　　1.2.2系統控制中心
　　系統控制中心是CORS的核心單元，由中心網絡和軟件系統組成，負責接收各跟蹤站傳輸回來的數據，通過計算機局域網進行數據分流、分發、存貯、分析，按照國際通用的標準格式或自定義專用格式向不同的用戶發送供不同需求的數據，提供多種信息服務和監控服務。
　　其中數據處理系統對數據質量分析和評價，進行數據綜合、數據分流和數據存儲，利用網絡RTK技術（如VRS技術、FKP技術、CBI技術）形成差分修正數據。系統監控系統用于監測設備運行狀態，進行遠程管理、故障分析與故障警視。信息服務系統通過網絡向用戶提供事后精密處理的數據服務，坐標系、高程系轉換服務，工程測量的軟件服務和計算服務。網絡管理系統用于監控并管理系統網絡，通過硬軟件隔離技術實現網絡安全防護，保障信息安全；管理網站，通過Internet向用戶提供http、ftp等訪問服務。用戶管理系統用于用戶登記、注冊、撤消、查詢、權限等管理，提供訪問授權和用戶使用記錄。
　　1.2.3數據通信子系統
　　CORS各部分的連接是通過數字通信子系統完成的。可采用數字數據網（DDN）、因特網（INTERNET）、VSAT或INMARSAT衛星通信網、微波無線擴頻通信局域網等等，通信帶寬一般要求不低于64kb/s，對通信網絡的保密性和可靠性也有較高的要求。
　　1.2.4用戶數據中心
　　CORS對外的數據服務通過用戶數據中心多種數據傳輸手段向用戶發送、發播定位、導航、定時等多種數據，開展數據服務。用戶數據中心可分為靜態數據服務單元和動態數據服務單元兩部分。通過網站http和ftp等方式向用戶提供數據交換及在線計算，可實現靜態數據服務功能；動態數據服務功能多依靠無線通信方式（如GSM、CDMA、GPRS、RDS等）實現。
　　1.2.5用戶應用子系統
　　用戶應用子系統涉及龐大的用戶群落，按照應用領域，則可分為測繪與工程用戶（cm級、dm級）、車輛導航與定位用戶（m級）、高精度用戶（事后處理）等幾類，不同用戶使用不同精度的差分信息，靜態數據服務可達到毫米級定位精度，實時數據服務則可獲得厘米級或分米級定位精度。CORS用戶應用子系統應充分考慮GPS接收機的兼容性。
　　1.3發展城市CORS的思考
　　目前，為滿足城市經濟建設信息化的需要，一大批城市（如深圳、東莞、廣州、武漢、鄭州等）已建或籌建這樣的連續運行網絡系統。這些根據不同標準建設的CORS將對我國城市建設和經濟發展起到重要作用。但另一方面，也存在一系列新的值得探討的問題：一是不同城市建設的系統行業特性明顯，目標的單一化帶來系統技術服務性能的單一化，極不利于系統的技術集成和潛力的發揮；二是部分城市建設的系統獨立運行，尚未建立統一的協調機制，數據資源共享的問題不能解決，阻礙了系統功能的最大利用；三是建設運行的技術標準化也是一個急需統一認識和解決的問題，將來的技術標準應既滿足行業需求，又可以升級為滿足區域和國家需求，同時符合與國際標準接軌和兼容。
　　2．城市似大地水準面的建立
　　似大地水準面是獲取地理空間信息的高程基準面。GPS技術結合高精度、高分辨率似大地水準面模型，可以取代傳統的水準測量方法測定正高或正常高，真正實現GPS技術在幾何和物理意義上的三維定位功能，使得平面控制網和高程控制網分離的傳統大地測量模式成為了歷史，將為構建數字城市提供高效的數據采集技術，是建立城市空間數據高程基準的主要手段。
　　2.1技術方案與途徑
　　市級大地水準面的精度和分辨率要求很高，因此對數據資料（如GPS水準、重力及數字地形模型等數據）的分辨率、分布、密布和精度等提出了嚴格的要求。為此，建立城市似大地水準面主要采用以下方式和途徑[4]：
　　2.1.1結合已完成的1：1萬DTM數據庫及本地區現勢性很好的數字地形圖，建立用于精化區域大地水準面的高分辨率高精度DTM。
　　2.1.2收集已有的高精度的GPS控制點數據、水準數據、重力資料（陸地重力數據、衛星測高數據等）。
　　2.1.3建立C、D級區域GPS水準網，并與國家A、B級GPS網點和一、二等水準點聯測。獲得高精度GPS水準數據。
　　2.1.4在國家重力基本網的基礎上建立區域性重力基本網，實施陸地加密重力測量，獲取高精度的陸地重力數據。
　　2.2城市似大地水準面計算
　　目前市級似大地水準面的精化基于移去-恢復原理主要采用FFT技術（1D/2DFFT），輔以多項式擬合法或其他擬合法。在實際計算中通常采用分步計算方法，即首先應用移去-恢復原理和1DFFT技術計算重力似大地水準面，然后以高精度的GPS水準數據作為控制，采用多項式擬合法或其他擬合法將重力似大地水準面擬合到由GPS水準確定的幾何大地水準面上，旨在消除這兩類大地水準面之間的系統偏差。一般來說，消除系統誤差后的重力大地水準面與GPS水準之間仍存在殘差，這些殘差包含了部分有用信息，再利用Shepard曲線擬合法、加權平均法及最小二乘配置等對這些剩余殘差進行格網擬合，并將擬合結果與消除系統誤差之后的重力大地水準面疊加，得到大地水準面的最終數值結果。[5]計算流程如圖2所示。
　　
　　圖2城市似大地水準面的計算流程圖
　　2.3精化城市似大地水準面的有關問題
　　2.3.1我國一、二等水準網已有20余年沒有復測，由于地殼運動、城市建設、地下水和礦產資源開采等原因，某些地區地面出現沉降，現有一、二等水準網的現實性較差，不適合作為城市似大地水準面精化的高程控制。
　　2.3.2對同類數據而言，實測數據與已有的數據是不同時期觀測的，觀測精度和所依據的基準不同，給實際計算和處理帶來一定困難；對于不同類數據，如GPS橢球高與精密水準測量的時間跨度較大，由于地面沉降等原因，則由此求得的大地水準面高或高程異常存在系統偏差，在數據處理中應引起重視。
　　2.3.3城市似大地水準面精化對加密重力測量、GPS水準布測、地殼密度異常和DEM的要求還認識不夠，目前還沒有比較完善的規范可遵循。
　　3．結束語
　　利用現代大地測量的高新技術手段，在城市原有的坐標資料和水準、重力資料的基礎上，建立集平面、高程、重力場信息于一體的綜合性高精度城市三維基礎控制網，結合城市連續運行衛星定位服務系統（CORS），是數字城市空間基礎設施的重要部分。隨著其應用的普及，作為空間數據基礎設施，似大地水準面的精化和連續運行衛星定位服務系統的建設將為城市規劃、災害監測、交通、綠化等各項經濟建設，提供廣泛的基礎服務。現已逐漸成為數字城市和信息化建設的重要內容。
　　
　　參考文獻
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　　[2]劉經南.連續運行參考框架網絡—21世紀國家空間信息重要基礎設施.大地測量學論文集，1999，1：18—23
　　[3]劉經南，劉暉.連續運行衛星定位服務系統—城市空間數據的基礎設施.武漢大學學報，2003，28（3）
　　[4]陳俊勇，李建成，寧津生等.全國及部分省市地區高精度高分辨率似大地水準面的研究和實施.測繪通報，2005，5
　　[5]寧津生，羅志才，楊治吉，等.深圳市1Km高分辨率厘米級高精度大地水準面的確定.測繪學報，2003，32（2）：102—107