北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国的全球定位系统(global positioning system，GPS)和俄罗斯全球卫星导航系统(global navigation satellite system，GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统。BDS系统由空间端、地面端和用户端3部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度和高可靠性的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。2012年12月27日，BDS正式开始向中国及周边地区提供连续的导航定位和授时服务。BDS将在2020年形成全球覆盖能力^[1]。

BDS具有4个明显的优势，主要包括：①BDS是中国拥有自主知识产权的卫星导航定位系统，该系统采用安全可靠的高强度加密设计，提供北斗时和中国2000大地坐标的时空基准；②BDS特有的5颗地球同步轨道卫星设计对中国区域进行区域增强，卫星信号更优，对于低纬度接近赤道的地区，这5颗卫星正好处于高截止角的天顶方向，卫星信号强，尤其适用于城市测量中四周楼房密集的天井类环境，提高了实时动态测量(real-time kinematics, RTK)在城市测量中的可用性；③时间可用性和空间可用性强，2020年将覆盖全球提供24 h全天候服务，星座的分布在中国区域更加合理，可视卫星多，卫星高度角大，基于北斗的高精度定位产品能够长时间的以低PDOP值进行工作；④BDS与世界各卫星导航系统的兼容与互操作特性使北斗的用户都能享受到卫星导航发展的成果^{[2, 3]}。

广州市已于2007年建设了基于GPS的广州市连续运行卫星定位服务系统，于2014年广州市测绘行政主管部门启动了广州市北斗卫星导航连续定位服务系统项目。

1 系统组成

在充分利用广州市连续卫星定位服务系统已有设施的基础上，搭建基于BDS同时辅以GPS和GLONASS的位置信息综合服务公共平台，形成覆盖广州市的高精度GNSS增强定位能力，实现导航定位数据实时处理和面向社会服务的空间定位信息发布平台，为广州市地区提供空间定位服务，满足广州市域在基础测绘生产与更新、国土资源监测管理、城市规划建设、地质灾害监测与应急、森林资源监测、水资源监测等各行业和大众对空间定位服务的迫切需求，推动各区域发展北斗应用的产业化。按照《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》^[4]的规定建设系统，具体包括基准站子系统、通信子系统、数据中心等。

1.1 基准站子系统

6个基准站(从化、花都、增城、番禺、南沙、市局)全为楼顶点，基准站间最长间距83.91 km，最短间距24.85 km，平均间距55.17 km，网络覆盖整个广州市面积为7 730 km²。站点分布如图 1所示。

基准站基础设施包括观测墩、避雷设施和观测室，观测墩均设在楼顶，采用钢筋混凝土结构，建设在主承重支柱上，观测墩钢筋与承重支柱钢筋进行焊接。避雷设施包括避雷针、馈线避雷器和电源避雷器。观测室内配置机柜、空调系统、不间断供电系统和通信设备等。

基准站北斗卫星导航设备的天线采用CR3-G3，该天线相位中心精度达到亚mm级，且相位中心稳定性高，重复性好；采用3D扼流圈设计，实现优异的多路径抑制效果；天线低仰角增益高，对低仰角卫星跟踪能力强，低噪放增益高。接收机采用Nets8+C，该接收机有440通道，支持多种卫星导航系统，北斗卫星同步B₁、B₂、B₃信号，GPS卫星同步L₁ C/A、L₂E、L₂C、L₅信号，GLONASS同步L₁ C/A、L₁ P、L₂ C/A和L₂ P信号。支持实时静、动态双频RTK解算，同时支持单BD-2解算模式。

1.2 通信子系统

系统基准站通过SDH光纤连接数据中心，数据中心主干网络采用百兆以太网络接入城域网。通信子系统主要设备包括以太转换器、光端机、防火墙和交换机。

1.3 数据中心

数据中心主要由数据处理软件和服务器等组成，通过SDH专网等实现与基准站间的数据通信。数据中心实现了基准站管理、数据处理、系统运行监控、信息服务、网络管理、用户管理等所有设计功能。

数据处理软件采用NRS网络参考站系统，由NCenter基站管理系统、NRS Net数据处理中心和NRS Server用户管理系统3个功能软件组成。NRS网络参考站系统软件用于GNSS连续运行参考站系统的运行与管理，采用NRS网络参考站技术的工作模式，系统使用多基站网络综合误差改正模型的处理方式使整个控制区域得到整体差分数据改正，利用整网的基准站改正数据来改进流动站附近的3个基准站改正数。并利用改进的这3个基准站改正数，在流动站附近虚拟一个增强的参考站，从而为流动站提供网络RTK服务^[5]。

服务器硬件采用IBMxSeries服务器，采用戴尔磁盘矩阵作为数据存储器。

1.4 应用子系统

本系统软件支持TCP/IP通讯协议和国际通用的GNSS差分网络传输协议NTRIP协议，播出RTCM2.3(含RTD)/CMR/RTCA/RTCM3.X等多种差分格式。采用VPN将网内基准站接入到广东省连续运行卫星定位服务系统提供省级服务。广州市范围内事后解算服务可达到mm级定位精度，通过实时RTK改正数据则可获得cm级定位精度服务。

1.5 坐标框架

坐标框架采用CGCS2000^{[6, 7]}。与广州市周边已有的CGCS2000坐标成果的14个广东省连续运行卫星定位服务系统基准站进行联测，观测时还联测了中国境内的6个IGS站，分别为北京房山、长春、拉萨、台湾、乌鲁木齐、武汉。基线解算软件采用美国麻省理工学院和Scripps研究所研制的GAMIT (Ver 10.5)软件，网平差采用同济大学的GPS后处理软件TGPPS。观测数据经基线解算、三维无约束平差后，以广东省连续运行卫星定位服务系统基准站为起算点，经过三维约束网平差求得广州市各基准站的CGCS2000坐标，从而完成系统坐标框架的搭建^[8]。

2 RTK定位测试

RTK定位服务是连续运行卫星定位服务系统的一项最主要的服务，其定位效率与精度是系统服务能力的一项最重要的指标。本次在广州市高精度三维控制网203个控制点中均匀地选取20个作为测试点，测试设备采用南方S86-2013和俫卡GS15，进行两次连接和初始化，测试采样率为1 s，初始化后开始记录测量结果，连续记录120次以上测量值，并同时记录网络连接时间和获得初始固定解的时间作为一组测试数据，然后网络断开重新开始下一组测量，两次测量的结果取平均值作为该点位测试的最终结果。为进一步分析广州市北斗卫星导航连续定位服务系统的RTK定位服务性能，同时对采用GPS卫星的广州市连续运行卫星定位服务系统也按相同方法进行了测试^[9]。

2.1 初始化时间测试结果

剔除个别受观测条件影响的点位，初始化测试结果如图 2所示，可以看出，广州市北斗卫星导航连续定位服务系统的初始化时间极大地缩短。

2.2 精度测试

取外符合精度作为主要精度评价指标，测试采用各点位两次测量结果取平均值后与原GPS静态测量成果进行较差与统计，求取系统的RTK定位符合精度，具体如表 1所示，坐标较差中误差为0.038 mm。

3 结束语

1) 经过一年的时间，广州市率先在全省建立了基于BDS同时辅以GPS和GLONASS覆盖全市域的连续运行卫星定位服务系统，升级了广州市现代城市测绘基准设施。

2) 系统观测的有效导航定位卫星数量大幅提升，市域内RTK获得固定解的区域明显扩大，RTK初始化时间大幅缩短，基础测绘效率大幅提升。

3) RTK定位精度中误差在5 cm之内，可直接满足图根测量、地物点采集和点位放样等高精度测绘工作的需要。

4) 建设过程中充分利用了原系统的观察室及通信设施等资源，缩短了建设工期，节省了建设经费。