_CORS系统的应用发展及展望_CORS系统的应用发展及展望
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在 IGS的影响下 , 很多国家和地区相互间合作建 立了常年不间断跟踪 GNSS卫星的基准站 。 其中 IGS 最具全球 CORS代表 , 欧洲永久性连续运行网 (EUREF PermanentNetwork, EPN)最具洲际 CORS代表 。 美国 、 加拿大 、澳大利亚 、英国 、日本 、德国等国家先后建立了 自己的国家级 CORS。 在发达国家 , 基本上平均每 隔 几十千米就有一个基准站 。 发展中国家的建站速度稍 微缓慢 , 但呈现出快速追赶的趋势 。
1 前 言
CORS系统是从 “台站网 ”的思想演化而来的 。 上 世纪 80年代 , 加拿大提出 “主动控制系统 (ActiveControlSystem)”理论是最早的台站网理论 , 其主要思想是 在某一区域范围内建立永久性的参考站点组成主动控 制系统 , 用于向用户提供改进后的预报星历和其他改正 参数 , 进而提高流动站的定位精度 。到 20世纪 90年代 初 , IAG在考察 GPS全球精密定位方法 、精度和应用潜 力的全球大会战 (GIG' 91, GIG' 92)期间[ 1] , 提出在全球 范围内建立永久性的 GPS观测站 , 并常年连续向全球广 大用户提供观测数据和事后精密星历 , 至此 “台站网 ”的 思想 才 得 以 实 现 。 1994 年 成 立 的 IGS(International GNSSService)成为该次全球会战结果的民间主管组织 , 其大大推动了 GPS精密定位技术的发展及其在地球动 力学 、大气环境变化监测等方面的应用 。
析后 , 即时以广播 (或者其他无线通讯短消息 )的形式 反馈给车辆终端 , 从而让车辆终端实时掌握路况和交 通信息 ;而交通管理部门也可以通过其他传感器 (如摄 像头 , 射频感应卡等 )发送回来的信息对车辆身份进行 识别和管理 。 这样就相应避免了车辆乱停乱放 、交通 违章和超标排放等现象 。智能交通导航系统原理如图 1所示 。
加拿大空间参考系统 CSRS(CanadianSpatialReferenceSystem)是由加拿大国家资源地球科学部负责 建立和维护 。 其可以提供整个加拿大国家的平面和高 程参考基准及地球定向参数 。 CSRS提供多种在线服 务 :包括在线精密单点定位服务 , 在线精密星历和原始 观测数据下载 , 在线坐标转化和高程转化等 [ 5] 。
COSMOS(ConsortiumofOrganizationforStrongMotionObservationSystem)由日本国家地理学院 (GSI)负 责组建 , 该网络平均 30 km有一个永久性跟踪站 , 密度 最大的达到 15 km一个永久性跟踪站 , 是日本国家重 要基础设施 。 其主要目标是建成超高精度的地壳变形 监测网络系统[ 6] 。 该系 统主要应用于 地震监测与预 报 、控制测量 、变形监测 、地理信息系统数据更新 、气象 监测和短期天气预报 。
(3)CORS的应用与网络技术密不可分 。 这些网 络技 术包括 Internet网 络 、各种无 线网络 (GSM, CDMA, GPRS以及自己组建的 2.4 G公共频段无线网络 ) 以及 它们 之间 的相 互 关联 。 这些 网络 (数 据链 )在 CORS和用户之间建立了联系 。
4 CORS系统应用展望实例
陆地测量
其他交叉学科 生产建设
★科学管理与防范 ★生活与娱乐
GPS气象学 ;研究电离层
城市管线 (道路 )测量 /地籍测量 /精密工程测量 /工程放线 (样 )/数字城市的数据采集与地图更新等 城市智能交通;城市公共安全 (诸如毒气扩 散等突发 事件的预 警和指挥 );诸如物流 管理 /公交管 理 / 码头管理等专项管理方面 ;桥梁建筑物等变形监测 /滑坡监测 /地表沉陷监测等方面
(天津市测绘院 , 天津 300381) 摘 要 :系统介绍了分析世界具有代表性 CORS系统的应用 现状 , 并按照 其应用 领域进 行分类 , 总结 了 CORS系 统的 目前应用特点 ;CORS系统的未来应用方向和领域 ;为国 内 CORS系统的 应用和发 展提供 思路 。 最后 以 CORS应 用于 公共安全和智能交通为例 , 展望国内 CORS系统的非专业测量应用推广方向 。 关键词 :CORS;应用 ;发展
根据目前 CORS系统的应 用情况 , 总 结出以下 3 个特点 :
(1)CORS的推广和应用与 GIS紧密相连 。 CORS 能够提供 的只是基于位 置服务 (LocationBasedService)的信息 , 这种空间点位信息 只有结合 GIS才能 最 大限度服务于生产和生活 。 把 CORS技术的实时性 、 高精度等特色融入 GIS中 , 结合现代网络通讯技术 , 可 以衍生出很多专题应用项目 , 而这正是各区域 CORS 未来应用的重点发展方向 。 反过来 , CORS技术的 广 泛应用 , 可以推动 GIS技术由目前的 2.5维向真三维 GIS发展 。真三维 GIS必将掀起 CORS未来应用的一 个新高潮 。
个人自助导航
海洋测量
生产与国防建设
海岸线测量 /近海导航 /港口测量 /近海水下地形测量
航空航天
管理和调度 生产
机场管理 (飞行器起降 ) 辅助遥感和航拍的相机空中定位和定姿
其他
★农业 /水利 /自动化控制等 精细农业 /工程作业的自动化控制 (如废品回收厂的垃圾分拣 )
★表示目前国内城市 CORS系统应用还不到位的领域
4.2 CORS应用于公共安全 为了提高决策部门对各种突发事件的应对能力 ,
有效掌握突发事件的即时信息 , 需要建立城市公共安 全应急平台 , 这个公共安全应急平台主要是以 GIS技 术为支撑 , 即时收集各种传感器传送回来的相关数据 , 并经过信息融合和分类后 , 建立对应的灾害模型 , 并实 时动态的反应该种灾害的破坏力度和影响范围 , 为决 策部门和救援单位提供第一手详尽资料 , 从而提高政 府部门对突发事件的应对能力和响应速度 。
2 世界主要 CORS系统的应用现状
IGS是全球范围内 GNSS连续运行参考站网和综 合服务系统的成功案例 。其无偿向全球用户提供精密 星历和精密卫星钟差 、IGS全球跟踪站坐标及其年 变 化率 、地球自转速率以及所有 IGS跟踪站原始观测文
件 ;其在支持大地测量和地球动力学学科的发展上起 到了积极作用 , 并由此延伸到诸如电离层研究 、GPS气 象学 、地壳变形监测 、地球自转参数求解 、国际地球参 考框架维护等各个科研领域 [ 2, 3] 。
在智能交通系统中 , 大量传感器的精确位置 (如交 通信号灯 、指路牌 、摄像头 、雷达测速仪等 )信息的 采 集 , 可以用 CORS系统实现 ;而车辆的实时位置和速度 信息 , 可以通过实时接收 CORS系统的差分改正信息 来修正 。通过网络把车辆的位置和速度信息实时传回 控制中心 , 控制中心经过对多种信息的融合 、处理和分
＊ 收稿日期 :2009— 10— 09 作者简介 :汪伟 (1980— ), 男 , 工程师 , 主要从事 GNSS原理和应用方面的研究工作 。
46
城 市 勘 测
2010年 6月
为了监测中国大陆地区的地壳运动总貌和细部特征 , 并 其目前应用领域主要包括 [ 8] :大地测量学和地球动力
以此带动诸如国家大地基准的建立和维护 、地球动力学 研究 、大气探测研究等相关科学项目研究 [ 7] 。
无论是区域 CORS还是大范围洲际 CORS或 IGS, CORS应用领域细节表 , 如表 1所示 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
CORS应用领域细节一览表 表 1
应用类别
一级细节划分
二级细节划分
科学研究
大地测量学 地球动力学
参考框架的动态维护 ;卫星定轨 (及其相关轨道 、钟差产品 );地球自转参数确定 地壳形变监测和板块运动 ;地震监测与预报 ;厘米 /毫米级大地水准面的研究
对于 CORS系统的应用前景 , 就目前看来 , 向非专 业测量领域推广最具有市场前景 。这里给出两个应用 展望实例 , 主要以 CORS系统应用于智能交通和公共 安全两个方向做简要展望与分析 。 4.1 CORS应用于智能交通
发达国家早在上个世纪 80 年代开始已经开展了 城市智 能交 通 系统 (IntelligentTransportationSystem, ITS)的研究并取得了一定的成果 [ 9] 。中国在智能交通 上起步较晚 , 在国务院 2006年发布的 《国家中长期科
EPN是由 IAG参考框架欧洲分委会 EUREF主要 负责建立 。 EUREF建立 EPN是为了定义 、建立和维护 欧洲参考框架的平面基准 ETRS89(EuropeanTerrestrial ReferenceSystem)和高程基准 EVRS(EuropeanVertical ReferenceSystem);并将其应用拓展到诸如地球动力学 研究 、海平面监测和欧洲区域天气预报等科研领域[ 4] 。
从图 1中可以 看出 :CORS可以以用 户可接受的 精度提供移动物体的位置和速度等信息 , 这在城市智 能交通导航 系统中起到十分 重要的作用 。 发展到未 来 , 如果 CORS系统的定位可靠性达到 99.9%以上 , 则 可以发展汽车自动驾驶和自动导航等相关产业 。
图 1 城市智能交通系统示意图
根据目前国内 CORS的应用现状结合表 1可知 : 绝大部分的 CORS应用都围绕专业测量领域展开 , 而 在非专业测量领域的应用目前还处于起步阶段 (表中 标注为★的部分 )。抓住时机 , 大力推广 CORS系统服 务于广大非专业测量领域 , 是 CORS系统未来的一个 发展方向 。 3.2 CORS系统的应用特点
国内 CORS的主要代表是中国地壳运动观测网络 , 其网络由 27个均匀分布的连续运行基准站 、55个年周 期复测的基本站和 1 000多个不定期复测的区域站组 成 。该网络的组建参考了美国 、澳大利亚等国家 “自下 而上 ”的组建经验 , 在国家相关部门统一协调下 , 把区域 部分 CORS站点纳入到该体系 。该网络的根本目的是
学科以及其相关交叉学科的研究 ;区域或全球参考框 架的维护 ;各种等级的工程测量 ;车辆 、飞机和船舶导
航 ;采矿 、林业 、教育和环境监测 ;在发达国家甚至广泛
3 世界主要 CORS系统应用领域和特点
用于精细农业 。 如果对 CORS的应用进行分类综述 ,
3.1 CORS系统的应用领域
并逐一对各 类应用 范围进 行细 化 , 则可以 得到 一张
2010年 6月 第 3期
城 市 勘 测 UrbanGeotechnicalInvestigation＆ Surveying
文章编号 :1672 -8262(2010)03 -45 -03
中图分类号 :P228
Jun.20 10 No.3
文献标识码 :C
CORS系统的应用发展及展望
汪伟 ＊ , 史廷玉 , 张志全
(2)CORS技术的 应用趋向 于 “自助化 ” 。 CORS 的主管单位不能仅仅 作为 CORS系统的 技术主管 部 门 , 而应该是面向社会的服务部门 。 向社会提供更快 、
更优质的服务应该是 CORS主管单位的宗旨 。 在这个 理念的推动下 , CORS主管单位应该充分发挥自己的 技术优势 , 完善 CORS系统的服务体系 , 实时 、高效向 不同等级的授权用户提供各种信息 , 而这些不同信息 的获取应该由用户自己自助完成 , 中间不应插入任何 主管部门技术干涉环节 。
第 3期
汪伟等 .CORS系统的应用发展及展望
47
学和技术发展规划纲要 (2006 -2020 年 )》中 , 已经把 智能交通管理系统列入交通运输业优先发展主题 。 也 就是说 , 在未来 15年中 , 国家将优先发展智能交通管 理系统 。而 智能 交通 又是 与 3S技 术紧 密结 合的 产 业 [ 10] , 由此可以大胆预测 :在未来的几年中 , CORS系 统必将在城市的智能交通系统中起到巨大的作用 。
1 前 言
CORS系统是从 “台站网 ”的思想演化而来的 。 上 世纪 80年代 , 加拿大提出 “主动控制系统 (ActiveControlSystem)”理论是最早的台站网理论 , 其主要思想是 在某一区域范围内建立永久性的参考站点组成主动控 制系统 , 用于向用户提供改进后的预报星历和其他改正 参数 , 进而提高流动站的定位精度 。到 20世纪 90年代 初 , IAG在考察 GPS全球精密定位方法 、精度和应用潜 力的全球大会战 (GIG' 91, GIG' 92)期间[ 1] , 提出在全球 范围内建立永久性的 GPS观测站 , 并常年连续向全球广 大用户提供观测数据和事后精密星历 , 至此 “台站网 ”的 思想 才 得 以 实 现 。 1994 年 成 立 的 IGS(International GNSSService)成为该次全球会战结果的民间主管组织 , 其大大推动了 GPS精密定位技术的发展及其在地球动 力学 、大气环境变化监测等方面的应用 。
析后 , 即时以广播 (或者其他无线通讯短消息 )的形式 反馈给车辆终端 , 从而让车辆终端实时掌握路况和交 通信息 ;而交通管理部门也可以通过其他传感器 (如摄 像头 , 射频感应卡等 )发送回来的信息对车辆身份进行 识别和管理 。 这样就相应避免了车辆乱停乱放 、交通 违章和超标排放等现象 。智能交通导航系统原理如图 1所示 。
加拿大空间参考系统 CSRS(CanadianSpatialReferenceSystem)是由加拿大国家资源地球科学部负责 建立和维护 。 其可以提供整个加拿大国家的平面和高 程参考基准及地球定向参数 。 CSRS提供多种在线服 务 :包括在线精密单点定位服务 , 在线精密星历和原始 观测数据下载 , 在线坐标转化和高程转化等 [ 5] 。
COSMOS(ConsortiumofOrganizationforStrongMotionObservationSystem)由日本国家地理学院 (GSI)负 责组建 , 该网络平均 30 km有一个永久性跟踪站 , 密度 最大的达到 15 km一个永久性跟踪站 , 是日本国家重 要基础设施 。 其主要目标是建成超高精度的地壳变形 监测网络系统[ 6] 。 该系 统主要应用于 地震监测与预 报 、控制测量 、变形监测 、地理信息系统数据更新 、气象 监测和短期天气预报 。
(3)CORS的应用与网络技术密不可分 。 这些网 络技 术包括 Internet网 络 、各种无 线网络 (GSM, CDMA, GPRS以及自己组建的 2.4 G公共频段无线网络 ) 以及 它们 之间 的相 互 关联 。 这些 网络 (数 据链 )在 CORS和用户之间建立了联系 。
4 CORS系统应用展望实例
陆地测量
其他交叉学科 生产建设
★科学管理与防范 ★生活与娱乐
GPS气象学 ;研究电离层
城市管线 (道路 )测量 /地籍测量 /精密工程测量 /工程放线 (样 )/数字城市的数据采集与地图更新等 城市智能交通;城市公共安全 (诸如毒气扩 散等突发 事件的预 警和指挥 );诸如物流 管理 /公交管 理 / 码头管理等专项管理方面 ;桥梁建筑物等变形监测 /滑坡监测 /地表沉陷监测等方面
(天津市测绘院 , 天津 300381) 摘 要 :系统介绍了分析世界具有代表性 CORS系统的应用 现状 , 并按照 其应用 领域进 行分类 , 总结 了 CORS系 统的 目前应用特点 ;CORS系统的未来应用方向和领域 ;为国 内 CORS系统的 应用和发 展提供 思路 。 最后 以 CORS应 用于 公共安全和智能交通为例 , 展望国内 CORS系统的非专业测量应用推广方向 。 关键词 :CORS;应用 ;发展
根据目前 CORS系统的应 用情况 , 总 结出以下 3 个特点 :
(1)CORS的推广和应用与 GIS紧密相连 。 CORS 能够提供 的只是基于位 置服务 (LocationBasedService)的信息 , 这种空间点位信息 只有结合 GIS才能 最 大限度服务于生产和生活 。 把 CORS技术的实时性 、 高精度等特色融入 GIS中 , 结合现代网络通讯技术 , 可 以衍生出很多专题应用项目 , 而这正是各区域 CORS 未来应用的重点发展方向 。 反过来 , CORS技术的 广 泛应用 , 可以推动 GIS技术由目前的 2.5维向真三维 GIS发展 。真三维 GIS必将掀起 CORS未来应用的一 个新高潮 。
个人自助导航
海洋测量
生产与国防建设
海岸线测量 /近海导航 /港口测量 /近海水下地形测量
航空航天
管理和调度 生产
机场管理 (飞行器起降 ) 辅助遥感和航拍的相机空中定位和定姿
其他
★农业 /水利 /自动化控制等 精细农业 /工程作业的自动化控制 (如废品回收厂的垃圾分拣 )
★表示目前国内城市 CORS系统应用还不到位的领域
4.2 CORS应用于公共安全 为了提高决策部门对各种突发事件的应对能力 ,
有效掌握突发事件的即时信息 , 需要建立城市公共安 全应急平台 , 这个公共安全应急平台主要是以 GIS技 术为支撑 , 即时收集各种传感器传送回来的相关数据 , 并经过信息融合和分类后 , 建立对应的灾害模型 , 并实 时动态的反应该种灾害的破坏力度和影响范围 , 为决 策部门和救援单位提供第一手详尽资料 , 从而提高政 府部门对突发事件的应对能力和响应速度 。
2 世界主要 CORS系统的应用现状
IGS是全球范围内 GNSS连续运行参考站网和综 合服务系统的成功案例 。其无偿向全球用户提供精密 星历和精密卫星钟差 、IGS全球跟踪站坐标及其年 变 化率 、地球自转速率以及所有 IGS跟踪站原始观测文
件 ;其在支持大地测量和地球动力学学科的发展上起 到了积极作用 , 并由此延伸到诸如电离层研究 、GPS气 象学 、地壳变形监测 、地球自转参数求解 、国际地球参 考框架维护等各个科研领域 [ 2, 3] 。
在智能交通系统中 , 大量传感器的精确位置 (如交 通信号灯 、指路牌 、摄像头 、雷达测速仪等 )信息的 采 集 , 可以用 CORS系统实现 ;而车辆的实时位置和速度 信息 , 可以通过实时接收 CORS系统的差分改正信息 来修正 。通过网络把车辆的位置和速度信息实时传回 控制中心 , 控制中心经过对多种信息的融合 、处理和分
＊ 收稿日期 :2009— 10— 09 作者简介 :汪伟 (1980— ), 男 , 工程师 , 主要从事 GNSS原理和应用方面的研究工作 。
46
城 市 勘 测
2010年 6月
为了监测中国大陆地区的地壳运动总貌和细部特征 , 并 其目前应用领域主要包括 [ 8] :大地测量学和地球动力
以此带动诸如国家大地基准的建立和维护 、地球动力学 研究 、大气探测研究等相关科学项目研究 [ 7] 。
无论是区域 CORS还是大范围洲际 CORS或 IGS, CORS应用领域细节表 , 如表 1所示 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
CORS应用领域细节一览表 表 1
应用类别
一级细节划分
二级细节划分
科学研究
大地测量学 地球动力学
参考框架的动态维护 ;卫星定轨 (及其相关轨道 、钟差产品 );地球自转参数确定 地壳形变监测和板块运动 ;地震监测与预报 ;厘米 /毫米级大地水准面的研究
对于 CORS系统的应用前景 , 就目前看来 , 向非专 业测量领域推广最具有市场前景 。这里给出两个应用 展望实例 , 主要以 CORS系统应用于智能交通和公共 安全两个方向做简要展望与分析 。 4.1 CORS应用于智能交通
发达国家早在上个世纪 80 年代开始已经开展了 城市智 能交 通 系统 (IntelligentTransportationSystem, ITS)的研究并取得了一定的成果 [ 9] 。中国在智能交通 上起步较晚 , 在国务院 2006年发布的 《国家中长期科
EPN是由 IAG参考框架欧洲分委会 EUREF主要 负责建立 。 EUREF建立 EPN是为了定义 、建立和维护 欧洲参考框架的平面基准 ETRS89(EuropeanTerrestrial ReferenceSystem)和高程基准 EVRS(EuropeanVertical ReferenceSystem);并将其应用拓展到诸如地球动力学 研究 、海平面监测和欧洲区域天气预报等科研领域[ 4] 。
从图 1中可以 看出 :CORS可以以用 户可接受的 精度提供移动物体的位置和速度等信息 , 这在城市智 能交通导航 系统中起到十分 重要的作用 。 发展到未 来 , 如果 CORS系统的定位可靠性达到 99.9%以上 , 则 可以发展汽车自动驾驶和自动导航等相关产业 。
图 1 城市智能交通系统示意图
根据目前国内 CORS的应用现状结合表 1可知 : 绝大部分的 CORS应用都围绕专业测量领域展开 , 而 在非专业测量领域的应用目前还处于起步阶段 (表中 标注为★的部分 )。抓住时机 , 大力推广 CORS系统服 务于广大非专业测量领域 , 是 CORS系统未来的一个 发展方向 。 3.2 CORS系统的应用特点
国内 CORS的主要代表是中国地壳运动观测网络 , 其网络由 27个均匀分布的连续运行基准站 、55个年周 期复测的基本站和 1 000多个不定期复测的区域站组 成 。该网络的组建参考了美国 、澳大利亚等国家 “自下 而上 ”的组建经验 , 在国家相关部门统一协调下 , 把区域 部分 CORS站点纳入到该体系 。该网络的根本目的是
学科以及其相关交叉学科的研究 ;区域或全球参考框 架的维护 ;各种等级的工程测量 ;车辆 、飞机和船舶导
航 ;采矿 、林业 、教育和环境监测 ;在发达国家甚至广泛
3 世界主要 CORS系统应用领域和特点
用于精细农业 。 如果对 CORS的应用进行分类综述 ,
3.1 CORS系统的应用领域
并逐一对各 类应用 范围进 行细 化 , 则可以 得到 一张
2010年 6月 第 3期
城 市 勘 测 UrbanGeotechnicalInvestigation＆ Surveying
文章编号 :1672 -8262(2010)03 -45 -03
中图分类号 :P228
Jun.20 10 No.3
文献标识码 :C
CORS系统的应用发展及展望
汪伟 ＊ , 史廷玉 , 张志全
(2)CORS技术的 应用趋向 于 “自助化 ” 。 CORS 的主管单位不能仅仅 作为 CORS系统的 技术主管 部 门 , 而应该是面向社会的服务部门 。 向社会提供更快 、
更优质的服务应该是 CORS主管单位的宗旨 。 在这个 理念的推动下 , CORS主管单位应该充分发挥自己的 技术优势 , 完善 CORS系统的服务体系 , 实时 、高效向 不同等级的授权用户提供各种信息 , 而这些不同信息 的获取应该由用户自己自助完成 , 中间不应插入任何 主管部门技术干涉环节 。
第 3期
汪伟等 .CORS系统的应用发展及展望
47
学和技术发展规划纲要 (2006 -2020 年 )》中 , 已经把 智能交通管理系统列入交通运输业优先发展主题 。 也 就是说 , 在未来 15年中 , 国家将优先发展智能交通管 理系统 。而 智能 交通 又是 与 3S技 术紧 密结 合的 产 业 [ 10] , 由此可以大胆预测 :在未来的几年中 , CORS系 统必将在城市的智能交通系统中起到巨大的作用 。