空間技術中，衛(wèi)星導航定位技術目前已基本取代了無線電導航、天文測量、傳統(tǒng)大地測量技術而成為人類活動中普遍采用的導航定位技術，并在精度、實時性、全天候等方面對這一領域產(chǎn)生了革命性的影響。

　　由于GPS的全球性、全天候、高精度、實時等性能，已廣泛應用于各個方面。目前的需求更向多學科技術融合、提高GPS使用可靠性、經(jīng)濟性、快速、高精度方向發(fā)展，充分使用GPS技術仍是國家和廣大用戶的迫切要求。目前以至近幾年廣大用戶的需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、GPS技術與其他信息源相集成應用在智能交通系統(tǒng)、港口碼頭信息調度管理系統(tǒng)，以及困難特殊行業(yè)的調度系統(tǒng)等方面，如GPS技術與GIS技術、汔車電子技術等結合形成的車輛自主導航系統(tǒng)、集裝箱管理系統(tǒng)、倉儲數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、危險品運輸倉儲管理系統(tǒng)等。

　　2、GPS技術應用與衛(wèi)星通信也有著密切關系，特別是GPS差分及完備性服務信息通過數(shù)字廣播衛(wèi)星，可傳送到各地移動用戶，包括荒漠地區(qū)的廣大用戶是提高使用效益和可靠性的必要措施，也是特殊用戶監(jiān)控、救生的良好方式。

　　3、GPS技術的高時空分辨率的數(shù)據(jù)在測繪、地震監(jiān)測、大氣物理探測、地球引力場探測、工程監(jiān)測等方面有發(fā)展的前景。

　　4、對于實時用戶來說，迫切需要解決使用GPS技術時的完備性問題。

　　5、對于測量用戶迫切需要解決統(tǒng)一的基準，將空間定位參考系統(tǒng)一致性或方便、合理轉換問題。

　　一、GPS服務體系建設內容

　　面對GPS如此廣泛的應用，為了使廣大用戶能夠長期、安全、經(jīng)濟、有效地利用GPS資源，規(guī)范GPS的應用和開發(fā)，需要系統(tǒng)地建立GPS多功能綜合服務體系。由此構建的系統(tǒng)直接服務于各行各業(yè)的用戶，滿足他們多領域、多用途、多機型的毫米級、厘米級、分米級乃至米級、十米級、數(shù)十米級的實時、準實時、快速、事后、動態(tài)或靜態(tài)的需要。用戶范圍將不斷擴大：

　　 地球動力學、大地測量、工程測量、地球物理資源勘探、氣象學、空間物理學；

　　城市測繪管理、國土管理、城市規(guī)劃、地籍管理；

　　 GIS、RS、航空攝影、智能化交通、機器人、車輛自主導航、船舶導航、航空導航、航天測控、星載導航；

　　緊急救護、安全保障、監(jiān)控報警；

　　情報監(jiān)測、大壩監(jiān)測、精細農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)飛防、林業(yè)資源監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、防災減災；

　　精確授時、電力系統(tǒng)定時同步、個人通信、個人計算機、照相機、手表、旅游等等等。

　　GPS多功能綜合服務體系的建設主要包括三方面內容：

　　1、建立GPS連續(xù)運行基準站

　　“九五”期間，國家測繪局、中科院、交通部、中國地震局和總參測繪局等部門已經(jīng)建立了分布全國的30多個GPS連續(xù)跟蹤站，在管理上、技術上已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，但也存在設備老化、管理技術規(guī)范標準不同一、部門分割等問題。

　　GPS連續(xù)運行基準站建設應該著眼于滿足未來5～10年的科研、生產(chǎn)和技術發(fā)展的要求。數(shù)據(jù)成果共享，并且具有統(tǒng)一技術標準，采用多種數(shù)據(jù)通信鏈路；基準站網(wǎng)要基本覆蓋全國，分布密度可略有不同，涵蓋我國各主要大中城市并兼顧地殼塊體，既供科學研究需要，又能滿足經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的優(yōu)先使用，從而形成滿足多部門、多領域、多用途的高精度、全天候、實時、穩(wěn)定運行的GPS多功能服務體系的基礎框架設施。

　　2、建立GPS數(shù)據(jù)處理分析中心

　　GPS數(shù)據(jù)處理分析中心主要接收各基準站的觀測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)存儲和處理，獲得滿足不同用戶需要的數(shù)據(jù)信息和成果。GPS數(shù)據(jù)處理分析中心主要負責系統(tǒng)維護軟件的研究與更新，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理軟件研制與更新，系統(tǒng)服務軟件的研究、更新與推廣，系統(tǒng)運作模式的更新、升級研究與實用化，應用軟件開發(fā)和數(shù)據(jù)結果分析，提供數(shù)據(jù)信息和導航定位服務，并參與全球的地學等領域的國際合作。GPS數(shù)據(jù)處理分析中心必須建立相應技術標準、數(shù)據(jù)交換標準、服務標準等，具有推動和促進區(qū)域性的用戶對精密定位、快速和實時定位導航的要求，及時滿足國土測繪、城市規(guī)劃建設、環(huán)境監(jiān)測、防災減災、陸空交通監(jiān)控等現(xiàn)代信息化管理的需要。同時根據(jù)需要，處理和分析全國的基準站數(shù)據(jù)，完成特定業(yè)務（如地震監(jiān)測預報、電離層監(jiān)測預報、災害性氣候預報等）。

　　3、建立通信鏈路系統(tǒng)

　　通信鏈路系統(tǒng)是基準站、GPS數(shù)據(jù)處理分析中心以及用戶的聯(lián)系紐帶。包括GPS基準站到GPS數(shù)據(jù)處理分析中心的觀測數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控處理、GPS差分修正信息實時廣播、GPS數(shù)據(jù)INTERNET網(wǎng)絡發(fā)布及應用效果反饋等。通信鏈路系統(tǒng)是GPS產(chǎn)業(yè)服務基礎設施的重要組成部分，在發(fā)展規(guī)劃中，通信鏈路所采用的技術是一個重要因素。

　　在基準站←→數(shù)據(jù)處理分析中心，數(shù)據(jù)處理分析中心→用戶信息服務中心的工作鏈路應采用可靠、帶寬、經(jīng)濟的專用通信方式，主要有：INTERNET、DDN專線、VSAT、PSTN、微波等。

　　在用戶信息服務中心→導航定位、RTK用戶的服務鏈路，應考慮方便、低廉、大容量的多類型通信鏈路。主要有：RDS廣播、數(shù)字衛(wèi)星直播、UHF/VHF、INTERNET、GSM、CDMA等。

　　GPS數(shù)據(jù)處理分析中心及其提供的數(shù)據(jù)信息及服務，將構成整個GPS服務體系的中樞，為廣大用戶輸送多種服務信息：

　　建立和維持全國統(tǒng)一的、高精度的空間坐標動態(tài)參考框架，并與國際地球坐標系參考框架（ITRF）相聯(lián)結

　　中國大地水準面模型及參數(shù)，國家坐標系統(tǒng)轉換參數(shù)等

　全國區(qū)域GPS衛(wèi)星精密星歷

　　GPS衛(wèi)星與跟蹤站（接收機）鐘差信息。

　　提供電離層信息。

　　為國家廣域差分GPS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)信息服務

　　基準站坐標與位移速率。

　　維護時間的精確性

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

　　二、國家測繪局GPS服務體系的建設

　　國家測繪局是最早引進GPS定位技術，并十分重視將該技術推向實用的部門，在GPS應用的諸多領域與環(huán)節(jié)上具有豐富的技術儲備與理論水平，在注重GPS應用的同時也十分注重空間定位基礎設施建設，向國際發(fā)展方向看齊。在“八五”期間完成了國家高精度GPS空間定位網(wǎng)的布測（818點），國家精密水準網(wǎng)的復測（13萬公里），“九五”期間完成了國家GPS跟蹤站網(wǎng)與數(shù)據(jù)處理中心建設，中國地殼觀測網(wǎng)建設，國家大地水準面精化，國家垂直形變分析，GPS廣域差分工程性試驗，GPS衛(wèi)星精確定軌，國家2000年重力基本網(wǎng)建設，有目標、有步驟地完善國家框架基礎設施體系的建設。這些是空間技術發(fā)展，實現(xiàn)精確的空間對地觀測系統(tǒng)（GPS+RS）最為基礎的工作。由此將逐步構建和完善國家測繪局GPS服務體系的建設。

　　1、GPS跟蹤站網(wǎng)建設

　　在國家測繪局GPS服務體系空間定位基礎設施中，目前已建立了8個GPS跟蹤站，其中4個納入了國際IGS觀測站，同時有5個跟蹤站參加中國地殼運動觀測網(wǎng)絡基準網(wǎng)的觀測。國家測繪局GPS跟蹤站分布在北京�？诠�爾濱烏魯木齊西安西寧拉薩武漢。下圖給出我國GPS連續(xù)運行站的分布情況。

　　通過學習美國、德國GPS跟蹤站建設的經(jīng)驗，并結合我國的實際情況，擬定了一套建立我國自己的GPS跟蹤站建設思路。同時考慮到經(jīng)濟狀況原因，提出了我國GPS跟蹤站的基本構成框架：

　　GPS接收機及抗干擾天線

　　自動氣象采集器

　　通訊設備（調制解調器、VSAT衛(wèi)星）

　　計算機控制設備

　　太陽能電池系統(tǒng)

　　跟蹤站控制、管理軟件

　　2、GPS數(shù)據(jù)處理分析中心

　　在北京國家基礎地理信息中心建立了GPS數(shù)據(jù)處理分析中心，負責協(xié)調、管理和維護連續(xù)運行的GPS跟蹤站，采集跟蹤站數(shù)據(jù)信息，并對采集的數(shù)據(jù)信息按照標準進行處理，將符合標準的成果在網(wǎng)上公布，滿足精密定位用戶、不同用戶的需求。同時通過數(shù)據(jù)處理偵測GPS衛(wèi)星與跟蹤站形成的框架體系的基準變化，從而維護數(shù)據(jù)框架的不斷更新。維護和建立國家的動態(tài)地心參考框架，進行GPS數(shù)據(jù)處理分析、快速預報軌道、GPS數(shù)據(jù)產(chǎn)品發(fā)布、定期公告各站運行狀況等。

　　GPS數(shù)據(jù)處理分析中心作為GPS服務體系的樞紐，具有較高的數(shù)據(jù)處理和分析能力。目前數(shù)據(jù)中心采用瑞士BERNESE和美國GAMIT軟件作為基本的GPS數(shù)據(jù)處理軟件。這兩種軟件在國際的知名度很高，而且經(jīng)過多年的開發(fā)與改進，已經(jīng)形成了具有自身特點的軟件包，加之我國的測繪工作者很早就對這兩種軟件進行了培訓與研究，對于軟件的掌握程度非常高，因此選擇這兩種軟件非常適合在我國的應用。

　　國家測繪局于1999年頒布了GPS跟蹤站網(wǎng)管理技術規(guī)定（試運行），GPS跟蹤站管理已經(jīng)進入規(guī)范化、自動化、數(shù)據(jù)的下載與上傳都能夠在目前的數(shù)據(jù)通訊鏈路中得到很好的支持，因此在統(tǒng)一的時間內可以得到各個跟蹤站傳送到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心通過自身編制的數(shù)據(jù)檢查軟件（主程序基于國際IGS組織提供的數(shù)據(jù)檢查軟件）對GPS原始的觀測數(shù)據(jù)進行檢查。檢查內容包括：數(shù)據(jù)觀測的時間、數(shù)據(jù)可使用率統(tǒng)計、電離層對于數(shù)據(jù)采集的影響、多路徑效應的影響等。

　　數(shù)據(jù)中心在UNIX工作站上編制了自動化數(shù)據(jù)處理程序，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的預處理、方案解算功能。出于對數(shù)據(jù)結果的時間要求，數(shù)據(jù)處理采用了IGS組織的預報精密星歷，精度較IGS最終星歷稍差，但是對于結果的影響并不明顯，這樣做的好處在于可及時計算出上一天的觀測數(shù)據(jù)，對于將來做我國快速精密軌道的確定工作提供時間上保障�；�本上參照國際上數(shù)據(jù)處理的思路，主要模塊是數(shù)據(jù)預處理、電離層模型的確定、對流層模型參數(shù)估計、精密定位及定軌等。我們參考了歐洲定軌中心及瑞士伯爾尼大學天文學院對于GPS精密定位和定軌的數(shù)據(jù)處理理念以及國際上流行的數(shù)據(jù)處理方法，建立一套簡便、易使用的數(shù)據(jù)自動處理程序，對于每天國家測繪局8個跟蹤站的數(shù)據(jù)，所需的定位時間大約在1-2小時，定軌時間5-7小時（這與所使用的計算機的情況有關）。

　　3、數(shù)據(jù)通信鏈路

　　目前國家測繪局GPS服務體系建設中，已具有的數(shù)據(jù)通信手段有：

　　Internet

　　利用國家基礎地理信息中心專線網(wǎng)，各跟蹤站上傳GPS數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)到北京GPS數(shù)據(jù)處理中心服務器上。

　　Telephone

　　各跟蹤站安裝電話，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)點對點傳輸方式。GPS數(shù)據(jù)處理中心可遠程訪問和監(jiān)控跟蹤站。

　　VSAT

　　目前烏魯木齊、拉薩、武漢、西寧和北京房山跟蹤站安裝了衛(wèi)星通信設備（VSAT），實現(xiàn)衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸。

　　三、國家測繪局GPS服務體系的應用

　　國家測繪局GPS服務體系的建設已具有一定的規(guī)模，面向廣大用戶開展技術服務和應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡，建立并開通了自己的網(wǎng)站，為廣大GPS用戶提供數(shù)據(jù)信息服務。

　　服務內容主要包括：

　　1、GPS數(shù)據(jù)服務

　　FTP服務：精密星歷、電離層參數(shù)、ITRF、IERS等

　　WWW服務：跟蹤站介紹、信息介紹、衛(wèi)星狀況、質量評估、數(shù)據(jù)目錄信息等

　　2、GPS用戶服務

　　注冊登記、在線計算、技術論壇、意見反饋

　　3、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫

　　GPS成果、三角成果、水準成果、重力成果

　　4、技術介紹

　　大地測量介紹、重大項目介紹、技術服務介紹等

　　近幾年來，GPS服務體系在許多工程項目中得到了廣泛應用。與美國麻省理工學院合作布測天山地區(qū)GPS監(jiān)測網(wǎng)，其科學目的在于研究塔里木盆地和哈薩克平原的變化速率、確定相關獨立地質板塊的形變速率。與德國地學研究中心（GFZ）合作，布測了新韁GPS監(jiān)測網(wǎng)，目的在于分析中亞地區(qū)地殼運動敏感地區(qū)的板塊運動機制。在監(jiān)測網(wǎng)中，GPS服務體系起到了基準框架固定的作用，便于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。國家測繪局GPS服務體系的主要應用有：

　　1、國家坐標框架的維持

　　通過長期的觀測來分析連續(xù)運行跟蹤站位置的變化趨勢及變化量，同時與其他國際IGS跟蹤站進行同步觀測從而獲得這些站在國際坐標參考框架下的精確坐標，對我國坐標框架的維持與更新起到了舉足輕重的作用。

　　GPS衛(wèi)星軌道的確定

　　2、軌道預報

　　利用GPS觀測資料以及精確的跟蹤站地心坐標，可以預報GPS衛(wèi)星的位置變化即GPS衛(wèi)星的軌道，并提供給我國的差分GPS用戶，確保定位的精度。

　　3、GPS差分服務

　　各個GPS連續(xù)運行的跟蹤站都具備了差分功能，可以向一定區(qū)域的GPS用戶發(fā)送位置改正信息，提高用戶快速定位精度。

　　4、氣象方面的研究

　　同樣利用精確的地心位置反演出大氣對于GPS信號在傳播路徑上的影響，從而得到大氣因子的分布情況，達到氣象預報的目的。

　　5、精密定位基準

　　GPS服務體系可提供高精度的定位基準，滿足科學、工程和研究等不同領域的目的要求。如：雅魯藏布大峽谷的科學探險考察，為研究雅魯藏布大峽谷地區(qū)地質變化提供有力的技術支持；建立長江源紀念碑，確定了長江源紀念碑準確的地心位置；南沙綜合科學考察，及時、有效地確定了島礁的精確坐標：“風云二號”氣象衛(wèi)星地面網(wǎng)的測定，為精確求定地面控制站位置提供基準，確保云圖匹配正確。