基于SpiderWeb的事后RTK定位精度分析

山西省測繪工程院 畢 剛

徠卡測量新技術應用專欄

基于SpiderWeb的事后RTK定位精度分析

山西省測繪工程院 畢 剛

一、SXCORS及SpiderWeb功能簡介

山西省連續(xù)運行基準網(wǎng)及綜合服務系統(tǒng)(以下簡稱 SXCORS)在山西全省范圍內共包括67個GNSS連續(xù)運行基準站，覆蓋整個山西省域。SXCORS的平均站間距約58 km，實時動態(tài)定位精度在水平方向為 ±1.8 cm，垂直方向為 ±4.3 cm。SXCORS采用的參考站管理軟件是Leica GNSS Spider，SpiderWeb是GNSS spider軟件的網(wǎng)絡增值服務軟件。SpiderWeb為后處理提供有效和安全的數(shù)據(jù)訪問，利用標準網(wǎng)頁瀏覽器可非常方便地為用戶提供各個參考站或網(wǎng)絡GNSS數(shù)據(jù)分發(fā)等增值服務，其核心功能包括RINEX數(shù)據(jù)下載、虛擬RINEX服務及坐標計算服務，并能夠提供Leica GNSS Spider所管理站點的狀態(tài)及質量查詢。

二、事后RTK測量方案

自SXCORS的建設完成并投入使用以來，GPS外業(yè)測量工作主要由基于SXCORS的網(wǎng)絡RTK實時動態(tài)定位實現(xiàn)，該作業(yè)方式投入少、效率高、精度高，在工程建設、國土資源管理等多個行業(yè)領域發(fā)揮著越來越重要的作用。但是隨著用戶對SXCORS的依賴度提高，系統(tǒng)本身的局限性開始逐步顯現(xiàn)出來。網(wǎng)絡RTK的作業(yè)需要流動站與系統(tǒng)控制中心無線實時通信來完成，山西省域多山地、多丘陵，無線通信覆蓋不完善，存在較多的通信盲區(qū)。且山西省是礦產資源大省，礦區(qū)多位于通信盲區(qū)但又具有較高的經(jīng)濟價值，意味著這些地區(qū)的測量活動也較為頻繁。因此，通信盲區(qū)的快速測量解決方案的實現(xiàn)顯得尤為重要。

根據(jù)SXCORS及山西省的實際情況，實施了基于SpiderWeb的虛擬RINEX功能的事后RTK解決方案。SpiderWeb的虛擬RINEX功能是利用Leica的參考站管理軟件GNSS Spider進行網(wǎng)絡解算過程中存儲的網(wǎng)絡改正數(shù)，再利用參考站原始觀測數(shù)據(jù)，可進行實時網(wǎng)絡RTK中的虛擬參考站的還原，即將本應根據(jù)實時用戶請求生成的虛擬參考站，在用戶希望的過去任何一個時間段生成虛擬參考站觀測值并提供給用戶下載使用。使用該虛擬參考站觀測值再結合用戶在野外觀測的短時間靜態(tài)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)事后RTK的解決方案。

事后RTK的實現(xiàn)方案分為兩部分，即外業(yè)部分和內業(yè)部分。①外業(yè)部分:以常規(guī)靜態(tài)數(shù)據(jù)采集方法，在野外以1 s或0.5 s采樣率采集5～10 min靜態(tài)數(shù)據(jù)即可;②內業(yè)部分:在SXCORS數(shù)據(jù)網(wǎng)站生成虛擬基準站數(shù)據(jù)后下載，使用GPS解算軟件解基線平差即可。具體操作步驟如下:

1)登錄SXCORS數(shù)據(jù)網(wǎng)站，點擊虛擬RINEX服務，詳細填寫請求內容。日期、時段、采樣率等欄目填寫可參照靜態(tài)數(shù)據(jù)下載，填寫內容與未知點信息保持一致，須重點注意的是經(jīng)緯度和高程的填寫。經(jīng)緯度最好填寫為未知點靜態(tài)數(shù)據(jù)的概略經(jīng)緯度(取至秒后一位即可)，高程填寫概略坐標的大地高。所填寫坐標決定了虛擬基準站與未知點間基線長度。基線長度越短，同樣條件下最終所得未知點坐標精度越高。

填寫完成請求資料并檢查無誤后，點擊提交，如圖1所示。

圖1 虛擬RINEX服務功能界面

2)查看結果與下載。完成提交3～5 min后，點擊結果選項查看所提交的請求處理情況，并下載生成的虛擬參考站RINEX觀測數(shù)據(jù)。

3)數(shù)據(jù)處理。應用GPS數(shù)據(jù)處理軟件將虛擬參考站RINEX數(shù)據(jù)及未知點靜態(tài)數(shù)據(jù)導入，使用靜態(tài)數(shù)據(jù)處理方法處理數(shù)據(jù)。以虛擬參考站為控制點(控制點成果即為提交請求時輸入的數(shù)據(jù))進行平差，即可得未知點坐標。

數(shù)據(jù)處理的過程概括地說也就是通過單基線，由一個已知點確定一個未知點的過程，上述過程根據(jù)GPS處理軟件的不同，具體方法略有差別。

三、事后RTK精度檢測

為了評價事后RTK測量模式的可靠性及精度，筆者在山西全省范圍內不同地區(qū)選取了2012年4—7月的81個GPS點的靜態(tài)測量觀測數(shù)據(jù)，分別通過GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理平差后得到的結果及事后RTK處理方法得到的結果。其中，GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理是選擇最近的3～4個SXCORS基準站參與解算并作為起算點，得到WGS-84坐標結果;事后RTK的處理方式是截取靜態(tài)測量控制點的10 min數(shù)據(jù)進行前述方法處理，得到WGS-84坐標結果并對兩種方式所獲得結果進行比較和統(tǒng)計分析，結果如表1所示。

表1 測試點較差統(tǒng)計表 cm

從表1中可以看出，通過SXCORS基準站進行靜態(tài)解算與事后RTK解算結果較差在水平方向最大值為2.51 cm，中誤差為±1.49 cm，大地高方向最大值為5.9 cm，中誤差為±3.22 cm。其分布曲線如圖2、圖3所示。

圖2 測試點平面較差分布圖

圖3 測試點大地高較差分布圖

四、結束語

根據(jù)上述測試方案及結果來看，可以得出如下結論:

1)在山西省范圍內使用SXCORS的條件下，基于SpiderWeb的虛擬RINEX服務的事后RTK方案是一種切實可行的快速測量手段，可以很好地解決山西省較多地區(qū)缺乏無線網(wǎng)絡覆蓋的問題，能夠廣泛應用于正在開展的山西省農村土地確權及類似分布廣、精度要求高的工作。

2)事后RTK測量精度可達到與使用SXCORS進行網(wǎng)絡RTK作業(yè)類似的精度，可以滿足應用于圖根控制點的測設。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)