一、概述

GPS连续运行观测站，简称CORS－Continuous Operation Reference Station, 是国际上正在采用的重要对地观测手段，主要用于地壳运动监测、地球动力学研究、空间基准维持、大气和海面变化监测等方面。在国家海洋局所属的长期海洋站增设GPS连续运行观测站，实现GPS观测业务化运行，将为海洋服务、海洋管理和海洋科研提供新的数据来源，特别是在海面变化监测、海气相互、灾害海洋天气监测和预报、海底地震监测等方面将发挥重要作用。

二、项目系统介绍

通过在沿海和主要岛屿建立全国统一的、高精度的GPS业务观测网络，实现对海面变化、水汽含量、沿海地壳运动的动态监测，获取中国沿海海面变化与地壳运动特征以及水汽含量动态变化曲线，其主要服务于海平面变化、海洋气象预报和灾害天气监测，同时兼顾各种海洋调查和军事应用。

GPS业务观测网络在完成上述基本目标的基础上，最终建成我国近海卫星定位服务系统，系统将以GPS为主，辅以GALILEO、GLONASS和我国“北斗”定位系统，通过增加信号发播功能，实现第二岛链以内区域的实时精密定位服务。

三、主要应用方向

1.  定 位

GPS业务化观测，将为近海用户及时提供观测站GPS数据和观测站精准坐标，若增加数据发布系统，将提供实时精密定位服务。在海洋站上增设的GPS连续运行观测站，构成了海洋的空间基准，能够为近海调查提供优于分米级的精密定位服务，为海岛调查提供统一基准，同时也为国内外海洋划界等勘测提供全球统一的参考框架。

2.  验 潮

传统验潮站观测属于局部地区的相对海面观测，其参考点为验潮站附近的水准点。局部相对海平面变化固然重要，但在研究大区域甚至全球海平面变化时，应考虑大陆本身的垂直运动，并将高程统一到一个绝对的参考框架之中。在大尺度范围内，GPS高程测量精度能够达到甚至超过水准测量精度，高精度 GPS 高程测量已成为我国陆海垂直运动监测的新手段。

3.  海平面变化

利用GPS辅助监测海平面的变化主要表现在两个方面：①在沿岸和近海提供厘米级的定位服务，提供高精度的数据基准；②在长期海洋观测站附近提供毫米级的定位服务，并结合验潮站潮汐和水文气象资料，准确反映海平面的变化。

4.  海汽交换（水汽含量监测）

增加GPS观测业务，还可以服务于海洋天气预报和增加物理海洋信息。大气中水汽含量的变化是天气变化的前兆，利用连续跟踪的GPS信号能够监测水汽含量的大小及变化，能用于监测风暴潮的前锋、强度、变化等，也能提高短期天气预报的精度；另外，根据海面反射的GPS信号，可以准确地提取海面高程信息，为洋流、潮汐的研究提供准确的数据。

5.  沿海及海底地壳形变监测

在沿海地区增设GPS连续运行观测站，能够高精度、实时、连续地获取板块间相互作用引起的地壳运动，为研究地震活动的时空迁移规律、预测未来地震的地点和强度等科学问题提供定量的依据，对于防灾减灾具有重要意义。

四、应用案例

1．项目概况

2008开始，国家海洋局领导与组织筹建GPS业务化观测系统，覆盖区域北起鸭绿江口，南至南沙群岛，涉及沿海的辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南共11个省、市、自治区，涵盖渤海、黄海、东海、南海等我国全部领海与大陆交接的濒海地区，海岸线总长约32000 km，其中大陆岸线长约18000 km，岛屿岸线约14000 km。北京拓普康商贸有限公司成功中标国家海洋局海洋台站仪器采购项目，在国家海洋局下属的57个长期海洋站安装部署GPS观测系统，其中，北海分局17个、东海分局20个、南海分局14个、海南中心站6个。57个长期验潮站的概略位置如图1所示。

图1  验潮站的位置

2. 方案实施

GPS观测系统需要建设57个GPS观测站、1数据分析处理中心，GPS站和数据分析中心之间依靠有线或无线通信网络链接。

GPS观测系统总体设计如图2所示。

GPS观测站示例如图3所示

图2  GPS观测系统总体设计

图3  GPS数据的基本流程

图4   

（1）通讯系统

根据GPS业务观测系统的总体设计方案，各GPS站采集的原始数据经过各海洋站的有线或无线通信链路，传输到各海区海洋中心站，且海洋中心站至局预报中心之间的实时数据通信链路已经建成，完全有能力传输GPS数据。GPS数据的基本流程如图4所示。

（2）数据分析中心建设

数据分析中心是整个GPS业务观测系统的核心单元，由计算机网络系统、软件系统等组成。作为整个系统的核心，数据分析中心具备具有系统运行监控、数据处理、信息服务、用户管理等功能。

（3）成果显示

GPS业务观测的任务是提供高程变化信息（与海平面变化相关）和水汽含量信息（与海气相互作用相关）。根据每天的GPS数据处理结果，自动提取位置信息和水汽信息。通过图像显示软件，自动生成各GPS站位置变化曲线、水汽含量变化曲线及区域水汽含量变化图5~图7所示。

图5  北方向变化曲线

图6  水汽含量变化曲线

图7  区域水汽变化图

（4）项目系统优势

国家海洋局在沿海长期海洋站增添GPS业务化观测，将增加如下服务：

1)   提供潮汐观测站站址的周、月、年变化率，监测海平面实际变化；

2)   及时提供沿海大气水汽含量变化信息，为海洋气象预报服务；

3)   在线提供空间位置基准，为海岸带和近海海洋调查服务；

4)   为海底和近岸地震等灾害的监测和预报提供定量依据。

五、结论

GPS作为一种成熟的对地观测手段，在海洋中将发挥更加重要的作用。建立GPS业务化观测，可以提供沿海海洋站站址水平和垂直方向的周、月、年变化率，结合潮汐观测数据，能够准确地揭示沿海海平面的真实变化。GPS业务化观测，将及时提供沿海各海洋站/GPS站上空水汽含量，GPS观测数据能够实时传回GPS处理中心，GPS数据处理中心最快每15分钟能够提供一次水汽变化信息，从而加强海洋天气的预测预报，减小台风、风暴潮等灾害损失。