蘭州市CORS系統(tǒng)定位精度測試及應(yīng)用

朱建華,龔真春,李燕軍,陳金龍,白冰

(61243部隊(duì),蘭州 730020)

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蘭州市CORS系統(tǒng)定位精度測試及應(yīng)用

朱建華,龔真春,李燕軍,陳金龍,白冰

(61243部隊(duì),蘭州 730020)

摘要：CORS系統(tǒng)的定位精度檢測是系統(tǒng)整體性能測試中一項(xiàng)最重要的內(nèi)容,也是系統(tǒng)用戶最為關(guān)心的。簡述了CORS系統(tǒng)定位誤差源,分析比較了幾種常用定位精度測試方法的優(yōu)缺點(diǎn),在利用蘭州市CORS系統(tǒng)第一次作業(yè)時(shí),對該系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行了測試和評價(jià)分析。測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)定位精度可靠性高,可滿足作業(yè)需求。

關(guān)鍵詞：CORS;定位精度;可靠性;測試方法

0引言

隨著CORS技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用,現(xiàn)已在全國大部分城市及區(qū)域建成了上百個(gè)CORS,并能實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)提供不同類型的GNSS觀測值(載波相位,偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關(guān)GNSS服務(wù)項(xiàng)目。同傳統(tǒng) RTK 系統(tǒng)相比,不論是單基站、多基站還是網(wǎng)絡(luò)CORS,其有效作業(yè)范圍增大,定位精度以及可靠性得以提高,在功能、用途和應(yīng)用范圍等方面都擴(kuò)大了許多。一個(gè)建成的CORS系統(tǒng)是否能夠提供連續(xù)、動(dòng)態(tài)和高精度的空間定位服務(wù),是否滿足多類用戶實(shí)時(shí)定位以及事后數(shù)據(jù)處理高精度定位應(yīng)用需求,很大程度上取決于系統(tǒng)的定位精度[1-2]。此外,在利用CORS系統(tǒng)進(jìn)行具體項(xiàng)目測量作業(yè)前,也應(yīng)對此定位精度進(jìn)行簡單測試,以確保作業(yè)成果質(zhì)量是否符合規(guī)范要求。本文將重點(diǎn)分析和比較CORS系統(tǒng)定位精度可靠性的檢驗(yàn)方法,并結(jié)合蘭州市CORS系統(tǒng),對該系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行測試和評價(jià)分析。

1CORS系統(tǒng)定位中的主要誤差源

CORS系統(tǒng)定位誤差主要是由基準(zhǔn)站GNSS 觀測誤差、流動(dòng)站觀測誤差和差分誤差信息的數(shù)學(xué)內(nèi)插模型等引起的。其中前兩項(xiàng)誤差與常規(guī)RTK定位中出現(xiàn)的誤差基本等同,以系統(tǒng)誤差的危害性為重,并大多有規(guī)律可循,因此要提高CORS定位精度是以分析該部分誤差源與消除方法為主[3]。也可把CORS的誤差源劃分為非空間相關(guān)和空間相關(guān)誤差來處理,非空間相關(guān)誤差有衛(wèi)星鐘鐘差、接收機(jī)鐘差、接收機(jī)噪聲、多路徑效應(yīng)等等;而空間相關(guān)誤差包括軌道誤差、對流層延遲誤差和電離層延遲誤差等[4]。上述對CORS誤差源劃分不同,但在本質(zhì)上是一樣,目的都是通過對各種誤差削弱或消除的方法研究,以提高其定位精度。

2CORS系統(tǒng)定位精度測試方法

目前,用于測試CORS系統(tǒng)定位精度的方法較多,且每種方法各有其不同適用情況及優(yōu)缺點(diǎn)。常用的有靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測方法、反算基線長法、動(dòng)態(tài)規(guī)則幾何軌跡檢測方法、固定基線長度相對檢測方法以及高程影響檢測法和空間因子檢測法等。但從用戶作業(yè)需求及實(shí)現(xiàn)便利角度出發(fā),以下幾種檢測方法在實(shí)踐應(yīng)用中十分普遍。

2.1靜態(tài)已知點(diǎn)檢測法

該方法是當(dāng)前CORS定位精度檢測中最常用也是最易實(shí)現(xiàn)的方法[5]。一般通過在系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)選擇具有代表性的、已知精確坐標(biāo)的檢測點(diǎn),將動(dòng)態(tài)用戶接收機(jī)架設(shè)在已知點(diǎn)上進(jìn)行實(shí)時(shí)定位并記錄結(jié)果,然后對實(shí)時(shí)定位結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到在檢測點(diǎn)上實(shí)時(shí)定位的內(nèi)、外符合精度。

內(nèi)符合精度用于評定CORS定位的穩(wěn)定性程度。具體方法是計(jì)算每一測點(diǎn)所有測量值的算術(shù)平均值,再將該算術(shù)平均值與每一測量值求差,分析統(tǒng)計(jì)出各方向(X、Y、H)差值的分布情況,以反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位的穩(wěn)定性和收斂性。其計(jì)算公式為

(1)

式中: v為測試點(diǎn)觀測值與其算術(shù)平均值的差值; n為觀測值總數(shù)。

外符合精度反映CORS系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性和與已有坐標(biāo)系成果一致性。具體方法是在已知測試點(diǎn)上,通過轉(zhuǎn)換參數(shù)實(shí)測得出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系下的坐標(biāo)成果,與該測試點(diǎn)的己知坐標(biāo)成果相比較,即可得出在(X、Y、H)方向上的外符合精度分布情況。外符合精度與已知點(diǎn)位精度、轉(zhuǎn)換參數(shù)精度、系統(tǒng)定位精度三者有關(guān)。其計(jì)算公式為

(2)

式中: q為檢測點(diǎn)的總數(shù);Δ為檢測點(diǎn)實(shí)測值與已知坐標(biāo)值的差值。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)方法簡單,易實(shí)現(xiàn),在檢測點(diǎn)上能顯著地反映CORS系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位精度;缺點(diǎn)是需要已知檢測點(diǎn)的精確坐標(biāo),如果在系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)很難找到已知點(diǎn)或者坐標(biāo)基準(zhǔn)不統(tǒng)一,該方法就無法實(shí)施[6]。

2.2與后處理結(jié)果比較法

與后處理結(jié)果比較法是選定某一檢測點(diǎn),先進(jìn)行靜態(tài)觀測,然后再進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測,把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的定位結(jié)果與事后靜態(tài)數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果進(jìn)行比較,以事后靜態(tài)數(shù)據(jù)處理得到的結(jié)果為真值,來確定實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位結(jié)果的精度可靠性。該方法彌補(bǔ)了靜態(tài)已知點(diǎn)檢測法需要已知檢測點(diǎn)精確坐標(biāo)的不足,在系統(tǒng)某些區(qū)域很難找到已知點(diǎn)的條件下,采用該方法進(jìn)行系統(tǒng)定位精度檢測顯得非常有效。但事后數(shù)據(jù)處理的定位結(jié)果受觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和參考站坐標(biāo)精確性影響[7]。

2.3反算基線長法

反算基線長法主要是對通視的、相距不遠(yuǎn)的兩點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量,利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位結(jié)果反算基線長,然后與使用靜態(tài)測量得到的基線長或使用常規(guī)測量方法測得的距離進(jìn)行比較,兩者的偏差在一定程度上反映出系統(tǒng)的定位精度[8]。

3測試結(jié)果及分析

蘭州市CORS(LZCORS)系統(tǒng)由7個(gè)參考站和管理控制中心、數(shù)據(jù)中心、用戶終端設(shè)備等部分組成,相鄰參考站間的距離最長70.6km,最短31.0km,平均44.1km,快速或?qū)崟r(shí)定位的設(shè)計(jì)精度為:水平≤3cm,垂直≤5cm.現(xiàn)根據(jù)上述三種檢測方法,結(jié)合第一次利用該系統(tǒng)作業(yè)時(shí),給出其定位精度檢測的結(jié)果及分析。

3.1靜態(tài)已知點(diǎn)法檢測結(jié)果及分析

為了比較全面、準(zhǔn)確地檢驗(yàn)該CORS系統(tǒng)定位精度,盡量減少測試點(diǎn)自身觀測條件對檢測結(jié)果的影響。測試中共選擇了12個(gè)已知點(diǎn),如表1所示。

表1　已知點(diǎn)等級及分布情況

表1中所選取的這些點(diǎn)既有較高等級的GPS控制點(diǎn),也有較低等級的城市導(dǎo)線控制點(diǎn),觀測條件良好,有很好的代表性,點(diǎn)位均勻分布在網(wǎng)內(nèi)外。

內(nèi)符合精度檢測時(shí),流動(dòng)站在已知點(diǎn)上分別進(jìn)行四次初始化,每次采集10個(gè)歷元,進(jìn)行4個(gè)測回的觀測,坐標(biāo)系統(tǒng)采用WGS-84,高程為大地高;外符合精度檢測時(shí),求取了1980西安坐標(biāo)系到2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。按照式(2)、式(3)分別計(jì)算出內(nèi)、外符合精度,統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2、圖3和圖4所示。

表2　靜態(tài)已知點(diǎn)檢測法內(nèi)、外精度統(tǒng)計(jì)

圖1　CORS系統(tǒng)內(nèi)符合精度

圖2　CORS系統(tǒng)外符合精度

從表2、圖3和圖4中可看出,LZCORS系統(tǒng)的內(nèi)符合精度比外符合精度要高(一般高1～2 cm),水平方向和高程方向整體優(yōu)于2 cm,高于設(shè)計(jì)精度3 cm和5 cm,表明了該CORS系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位穩(wěn)定、可靠。LZCORS系統(tǒng)外符合精度概率分布比較離散,分散分布在0～5 cm之間,外符合精度水平方向整體優(yōu)于3 cm,水平方向最大值為3.8 cm,高程方向優(yōu)于5 cm,說明了網(wǎng)絡(luò)RTK 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位是準(zhǔn)確的。

3.2與后處理結(jié)果比較法檢測結(jié)果及分析

在該系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)選取7個(gè)點(diǎn),先進(jìn)行GPS靜態(tài)測量,后進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量,坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000.將實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量結(jié)果與后處理計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果如表3所示。

表3　與后處理結(jié)果比較精度統(tǒng)計(jì)

從表3可看出,采用該方法進(jìn)行檢測時(shí),除測試點(diǎn)JC22坐標(biāo)差值較大外,其余測試點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位精度較高,均達(dá)到了設(shè)計(jì)精度和作業(yè)規(guī)范規(guī)定的坐標(biāo)較差要求[9]:平面坐標(biāo)較差≤3 cm,高程較差≤5 cm.

3.3采用反算基線長法檢測結(jié)果及分析

在該系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)選取10個(gè)點(diǎn),兩點(diǎn)之間相互通視。利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的定位結(jié)果反算出5條基線長,然后使用全站儀對5條邊進(jìn)行距離測量,對二者的結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果如表4所示。

從表4看出,兩者的差值小于作業(yè)規(guī)范規(guī)定的邊長較差小于15 mm的要求,也在一定程度上反映出了該CORS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度。

表4　與反算基線長比較結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4結(jié)束語

本文在使用蘭州市CORS系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)時(shí),采用靜態(tài)已知點(diǎn)檢測法、與后處理結(jié)果比較法和反算基線長法三種檢測方法,對此定位精度進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果表明,蘭州市CORS系統(tǒng)定位精度可靠性高,其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,可滿足大比例尺測圖、工程測量及其他等方面的應(yīng)用需求。同時(shí)應(yīng)注意的是,進(jìn)行CORS系統(tǒng)定位精度可靠性檢測時(shí),要針對不同工程測量項(xiàng)目需求,綜合運(yùn)用各種檢測方法,以便更全面、客觀地對其實(shí)時(shí)定位精度進(jìn)行檢測,以確保其定位精度的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡成輝,劉立龍,黎峻宇,等. CORS 定位精度的可靠性研究[J].地理空間信息,2014,12(6):74-75.

[2] 黃俊華,陳文森.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[3] 徐文兵. GPS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)定位精度的可靠性研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2009.

[4] 陳昇. CORS站系統(tǒng)定位精度分析及檢測方法的研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2011.

[5] 王 妍,孔祥仲,韓曉冰.華測連續(xù)參考站系統(tǒng)(CORS) 定位精度檢測方法[J].測繪與空間地理信息,2012,35(4):156-157.

[6] 王鍇華,汪 洋,劉鴻飛.基于單基站的航運(yùn)CORS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度測試與分析[J].測繪地理信息,2014,40(1):12-13.

[7] 唐衛(wèi)明,樓益棟，劉暉，等.GPS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)定位精度檢測方法研究[J].通信學(xué)報(bào),2006,27(8):73-77.

[8] 蔡榮華,蘇立錢，楊一挺，等.浙江省省級CORS系RTK測試與分析[J].全球定位系統(tǒng),2009,34(3):41-45.

[9] 浙江省測繪局、國家測繪局重慶測繪院.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范(GH/T2009-2010) [S].北京:中國計(jì)劃出版社, 2010.

朱建華(1977-),男,工程師,主要從事大地測量和GNSS導(dǎo)航定位方面的研究。

龔真春(1973-),男,高級工程師,主要從事大地測量和GNSS導(dǎo)航定位方面的研究。

李燕軍(1973-),男,工程師,主要從事航測和工程測量方面的研究。

陳金龍(1985-),男,工程師,主要從事GNSS導(dǎo)航定位與數(shù)據(jù)處理方面的研究。

白冰(1971-),男,高級工程師,主要從事航測和工程測量方面的研究。

Positioning Accuracy Test and Application of Lanzhou CORS

ZHU Jianhua,GONG Zhenchun,LI Yanjun,CHEN Jinlong,BAI Bing

(61243Troops,Lanzhou730020,China)

Abstract:The positioning accuracy is one of the most important test contents of CORS and it is paid great attention by users. Based on briefly introducing the error source of CORS positioning, this paper analyses and compares the advantages and disadvantages of several commonused detection methods for CORS, Combining Lanzhou CORS to work for the first time, the positioning accuracy of it is tested and evaluated. The experimentation results indicate that positioning accuracy of the system is reliable, meeting surveying job requirements.

Keywords:CORS; positioning accuracy; reliability; test methods

作者簡介

中圖分類號：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-9268(2016)01-0087-04

收稿日期：2015-11-05

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.018

聯(lián)系人： 朱建華 E-mail: 1076695185@qq.com