聚焦丨全球有關(guān)國家衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)與發(fā)展情況

衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站是國家空間基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)（CORS）及其系統(tǒng)集成了GNSS、通信、氣象數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，它是GNSS實現(xiàn)高精度導(dǎo)航與位置服務(wù)的支撐平臺，也是建立坐標(biāo)框架、監(jiān)測地殼運動等科學(xué)和工程應(yīng)用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，幾乎可以用于與空間位置和時間有關(guān)的所有領(lǐng)域。

圖源丨測繪學(xué)報

許多國家、地區(qū)、行業(yè)和組織紛紛建立了不同規(guī)模、精度的GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)，包括IGS全球基準(zhǔn)站網(wǎng)，國家、區(qū)域或省級連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)等。隨著GPS的現(xiàn)代化，以及北斗的快速發(fā)展，近年來，我國諸多行業(yè)和企業(yè)紛紛開展了基準(zhǔn)站的建設(shè)與應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。據(jù)統(tǒng)計,目前我國建設(shè)完成的基準(zhǔn)站已超過6000座，為自然資源、交通、氣象、地震等行業(yè)提供高精度空間位置服務(wù)。

目前，國際大地測量協(xié)會（IAG）建立的IGS連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)是全球分布最廣泛、空間規(guī)模最大的GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)。

• 建立精確的全球參考框架；
• 確定精密地球自轉(zhuǎn)參數(shù)與GNSS軌道；
• 為區(qū)域地球動力學(xué)研究提供支持等。

圖源丨IAG官網(wǎng)

起初在全球建立了60～70個核心站，于1994年1月正式運行。在過去的20余年里，IGS的研究與應(yīng)用取得了很大進(jìn)展。截至2017年1月，全球跟蹤站的數(shù)量已超過500個。

此外，IGS開始著手建立能夠跟蹤和接收所有可用GNSS衛(wèi)星信號（包括GPS、格洛納斯、伽利略、北斗、QZSS、IRNSS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）的基準(zhǔn)站網(wǎng)，用以分析多系統(tǒng)特性，促進(jìn)多系統(tǒng)精密融合數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展。

經(jīng)過多年的建設(shè)，已形成了一個由近200個基準(zhǔn)站構(gòu)成的覆蓋全球的多系統(tǒng)GNSS連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)MGEX。

圖源丨IAG官網(wǎng)

美國是全球最早建立GNSS連續(xù)運行基準(zhǔn)站網(wǎng)的國家。其國家GNSS基準(zhǔn)站網(wǎng)由美國大地測量局（NGS）負(fù)責(zé)管理。

NGS向全美和全球用戶提供國家CORS基準(zhǔn)站坐標(biāo)和GNSS衛(wèi)星觀測站數(shù)據(jù)。目前已擁有200多個不同機構(gòu)合作加入的CORS參考站網(wǎng)絡(luò)，其參考站站點數(shù)量超過2000個，且這個數(shù)量還在持續(xù)更新中。

圖源丨IAG官網(wǎng)

GPS用戶可使用CORS提供的數(shù)據(jù)提高其定位精度，在美國國家空間參考系統(tǒng)下，基準(zhǔn)站網(wǎng)處理后坐標(biāo)的精度可達(dá)厘米級甚至亞厘米級。

美國基準(zhǔn)站網(wǎng)的測站分布參考https://www.ngs.noaa.gov/CORS/

德國衛(wèi)星定位與導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)（SAPOS），是德國國家測量主管部門聯(lián)合德國測量、運輸、建筑和國防等多個部門建立的一個長期連續(xù)運行的差分GNSS定位和導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)。由大約300個永久性GNSS基準(zhǔn)站組成，平均站間距約為40km。

SAPOS作為德國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，為用戶提供多種誤差改正數(shù)據(jù)，實現(xiàn)厘米級水平的導(dǎo)航和定位坐標(biāo)。

德國基準(zhǔn)站網(wǎng)的測站分布參考https://www.sapos.de/index.html

日本國家地理院建設(shè)由GNSS連續(xù)觀測站組成的基準(zhǔn)站網(wǎng)，稱為GEONET。

日本地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，因而對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測和分析顯得十分重要。到目前為止，GEONET已經(jīng)建成約1400個遍布全日本的GNSS永久跟蹤基準(zhǔn)站，平均密度約20km，是世界上密度最高的GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)。GEONET的主要應(yīng)用是：地震監(jiān)測和預(yù)報、控制測量、工程控制和監(jiān)測、測圖和地理信息系統(tǒng)更新、氣象監(jiān)測和天氣預(yù)報。

圖源丨IAG官網(wǎng)

圖源丨IGMAS官網(wǎng)

根據(jù)《測繪地理信息事業(yè)“十三五”規(guī)劃》，到2020年底，完成衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的北斗化升級改造，統(tǒng)籌建成2500個以上站點規(guī)模的全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)。通過1909工程（主要是對各省2500多站沒有進(jìn)行北斗觀測的進(jìn)行改造，使我國CORS全部形成北斗觀測能力）到2022年將形成全國一張網(wǎng)，包括2600余站。

作為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的重要組成部分，近年來，我國GNSS連續(xù)運行基準(zhǔn)站的建設(shè)和服務(wù)發(fā)展迅猛，基準(zhǔn)站的數(shù)量和積累的數(shù)據(jù)越來越多，基準(zhǔn)站網(wǎng)服務(wù)的內(nèi)容也越來越廣泛，與其他學(xué)科和技術(shù)的交叉也越來越多，為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對高精度空間地理信息需求提供了有力支撐，對推動我國的經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展起到了積極作用。通過對比國內(nèi)外情況可以發(fā)現(xiàn)，我國CORS在建設(shè)和應(yīng)用方面還存在一些差距和不足。

首先，新《測繪法》針對過去衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站管理措施缺乏、有效監(jiān)管嚴(yán)重滯后的狀況，基本明確了基準(zhǔn)站的管理職責(zé)，建立了基準(zhǔn)站建設(shè)備案制度，對基準(zhǔn)站的運行維護(hù)、安全保障和規(guī)范管理等作出了明確規(guī)定。但是，在實踐運營和管理過程中，存在安全管理制度有待健全，缺乏專業(yè)人員，權(quán)責(zé)不清等現(xiàn)象，原國家測繪地理信息局設(shè)立衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)備案管理信息系統(tǒng)應(yīng)用效果也未達(dá)到預(yù)期。據(jù)統(tǒng)計，在基準(zhǔn)站建設(shè)的各行業(yè)中，測繪地理信息部門共建設(shè)和管理運維了約51%的基準(zhǔn)站，各部門、各行業(yè)、各單位分頭建設(shè)的情況依然突出。迫切需要出臺相關(guān)政策，加強全國衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的統(tǒng)籌規(guī)劃和管理，確保衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的安全使用。

其次，應(yīng)加快推進(jìn)我國已建CORS站的全面北斗化改造、新建CORS站的北斗為主其他導(dǎo)航系統(tǒng)兼容，切實完成1909工程確定的相關(guān)目標(biāo)任務(wù)。長期以來，我國CORS站建設(shè)所使用的GNSS接收機（包括板卡、芯片、天線等）大部分都是采用美國天寶、日本拓?fù)淇?、瑞士萊卡等國外的高精尖裝備，國產(chǎn)品牌在芯片、板卡等研發(fā)制造、整機設(shè)備穩(wěn)定性和功耗、服務(wù)管理軟件研發(fā)等方面相對進(jìn)口品牌還存在一定差距。因而，實現(xiàn)1909工程目標(biāo)任務(wù)，還需要進(jìn)一步加強關(guān)鍵核心領(lǐng)域的技術(shù)公關(guān)，不斷提升國產(chǎn)GNSS接收機的性能，推進(jìn)全面自主化進(jìn)程。

第三，統(tǒng)籌規(guī)劃和推進(jìn)CORS站網(wǎng)的深度應(yīng)用，提升公共服務(wù)和公眾服務(wù)能力水平。目前，在全世界范圍，CORS站的應(yīng)用集中表現(xiàn)在科學(xué)研究、大地坐標(biāo)框架建設(shè)與動態(tài)維持、工程建設(shè)、資源調(diào)查、地震預(yù)報與監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、自動駕駛等領(lǐng)域。美、德、日等西方發(fā)達(dá)國家在推動CORS站網(wǎng)建設(shè)的同時，均統(tǒng)籌考慮其應(yīng)用需要。我國分由不同部門、不同行業(yè)、不同單位建立的CORS站網(wǎng)也已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是受限于管理體制、運營模式，距離發(fā)揮出其應(yīng)有的價值還有較大差距。因而，下一步核心工作還應(yīng)是繼續(xù)深化體制機制改革，形成全國一體化的CORS服務(wù)系統(tǒng)，在確保安全的前提下，政府CORS系統(tǒng)提供規(guī)?；摹V域范圍的差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)；有關(guān)行業(yè)單位自主建立的CORS系統(tǒng)提供滿足相關(guān)行業(yè)單位更高需求的增值服務(wù)。

本文轉(zhuǎn)載自“?自然資源部測繪發(fā)展研究中心”，原標(biāo)題《全球有關(guān)國家衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站建設(shè)與發(fā)展情況》，文?|?曹會超、熊偉