利用GNSS數(shù)據(jù)檢測CORS的綜合性能

詹達(dá)誨，杜 昊，謝寶飛，范瀟云，葉文芳，王一飛

（1.國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041；2.武漢大學(xué)，武漢 430079）

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）指的是由美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國北斗以及歐洲Galileo四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)[1]。CORS（Continuously Operating Reference System），即連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)可以理解為一種以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能GNSS服務(wù)系統(tǒng)，是建立數(shù)字城市、國家乃至地球時不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，其實(shí)質(zhì)是一種多功能的連續(xù)運(yùn)行的GNSS綜合服務(wù)系統(tǒng)[2-3]。隨著城市化建設(shè)的不斷加快和推進(jìn)，CORS服務(wù)系統(tǒng)在人民生活和國防建設(shè)之中扮演著愈來愈重要角色，使得用戶對CORS服務(wù)系統(tǒng)的性能要求不斷提高，這引起測繪界的廣泛關(guān)注[3]。本文通過使用天寶GNSS接收機(jī)進(jìn)行在JLCORS服務(wù)系統(tǒng)下的一般GNSS接收機(jī)性能檢驗(yàn)和靜態(tài)定位測試、動態(tài)定位測試及內(nèi)、外符合精度測試等綜合性能來評估JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的整體性能[4]。

1 JLCORS系統(tǒng)簡介

吉林省連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Jilin Continuously Operat ing Reference System，JLCORS）是于2009年11月吉林省人民政府正式批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)的，由吉林省測繪地理信息局領(lǐng)頭組織，與吉林省氣象局、吉林省地震局共同建設(shè)完成，在2011年底開通進(jìn)入試運(yùn)行階段[5]。吉林省連續(xù)運(yùn)行參考站（JLCORS）系統(tǒng)作為新一代的網(wǎng)絡(luò)化大地測量系統(tǒng)，它不僅可以向各級測繪用戶提供高精度、連續(xù)的時間和空間基準(zhǔn)，也可以向氣象監(jiān)測、實(shí)時導(dǎo)航定位、災(zāi)害預(yù)報(bào)等部門提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)，同時也是建設(shè)數(shù)字化吉林的基礎(chǔ)設(shè)施之一[6]。JLCORS包括基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)5個子系統(tǒng)以及49個參考站（參考站具體點(diǎn)位分布如圖1），實(shí)現(xiàn)可覆蓋吉林省90% 地區(qū)[5]。

圖1 JLCORS參考站的點(diǎn)位分布圖[7]

2 JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的整體性能檢驗(yàn)

到目前為止，對于CORS系統(tǒng)的測試指標(biāo)在國際上還沒有一個明確的指標(biāo)[3]，為了準(zhǔn)確地評價CORS系統(tǒng)的綜合性能、定位精度、可靠性、穩(wěn)定性等指標(biāo)，本次研究通過在吉大校區(qū)內(nèi)的4個控制點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)測量并從以下4個方面來測試CORS系統(tǒng)的整體性能：定位服務(wù)時效性檢測、靜態(tài)定位精度檢測、動態(tài)定位精度檢測、內(nèi)外符合精度檢測等[4]。

2.1 GNSS接收機(jī)定位服務(wù)時效性檢測

在GNSS接收機(jī)定位服務(wù)時效性檢測之中，主要包括初始化時間、PDOP值、衛(wèi)星個數(shù)、水平精度、垂直精度等信息。

（1）初始化時間：對于RTK測量而言，用戶在獲得JLCORS系統(tǒng)差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)后可能夠很快得到該測站的浮動解，但是需要一定時間的觀測才能得到符合定位精度要求的固定解，我們將獲得浮動解到獲取到固定解的時間間隔稱為初始化時間[4]。

（2）PDOP：指空間位置精度因子

（3）衛(wèi)星個數(shù)：指GNSS接收機(jī)所接收到衛(wèi)星信號的衛(wèi)星的個數(shù)，一般至少應(yīng)大于4顆，最好大于6顆（本次實(shí)驗(yàn)每次觀測都大于6顆）。

表1 JLCORS定位服務(wù)時效性測試表

通過測試發(fā)現(xiàn)能在很短的時間內(nèi)對現(xiàn)有已知點(diǎn)都進(jìn)行初始化，并成功和JLCORS在短時間內(nèi)連接，用戶RTK網(wǎng)絡(luò)連接也無故障出現(xiàn)，同時PDOP、衛(wèi)星個數(shù)及其他消息也滿足要求，說明JLCORS系統(tǒng)的定位服務(wù)時效性良好。

2.2 靜態(tài)相對定位測試

靜態(tài)相對定位指的是根據(jù)安置在固定待定點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)上GNSS接收機(jī)所進(jìn)行同步觀測的資料來確定待定點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置或再根據(jù)相對定位原理利用已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)來確定固定待定點(diǎn)的坐標(biāo)的測量方式。其觀測值可以使用偽距觀測值也可以使用載波相位觀測值，由于經(jīng)過周跳修復(fù)并確定了整周模糊度的載波相位觀測值可以看作為高精度的測距碼偽距觀測值，因此本文僅考慮載波相位觀測值得情況。

2.2.1 基本原理

（1）非差觀測值

（2）單差觀測值

（3）雙差觀測值

2.2.2 具體操作

在靜態(tài)作業(yè)條件下，通過RTK進(jìn)行定位測量，利用JLCORS系統(tǒng)播發(fā)的網(wǎng)絡(luò)RTK改正信息，確定靜態(tài)定位精度。具體操作是在4個已知坐標(biāo)的點(diǎn)上進(jìn)行靜態(tài)單點(diǎn)定位測試，通過根據(jù)不同時長得到的點(diǎn)位坐標(biāo)與已知坐標(biāo)比較，來判斷靜態(tài)單點(diǎn)定位精度。其中P點(diǎn)定位時間為5min，Q定位時間為10min，M定位時間為15min，N點(diǎn)為20min，具體測量結(jié)果見表2。

表2 靜態(tài)單點(diǎn)定位測試表（單位：cm）

從表2中可以看出，靜態(tài)相對定位隨著時間的增加其精度也增加，最后趨于穩(wěn)定。

2.3 動態(tài)相對定位（盲區(qū)測試）測試

2.3.1 基本概念

動態(tài)相對定位指的是根據(jù)安置在運(yùn)動載體和基準(zhǔn)點(diǎn)上GNSS接收機(jī)所進(jìn)行同步觀測的資料來確定運(yùn)動載體上的GNSS接收機(jī)（待定點(diǎn)）相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置或再根據(jù)相對定位原理利用已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)來確定移動的待定點(diǎn)的坐標(biāo)的測量方式。其觀測值與靜態(tài)相對定位一樣可以是偽距觀測值或是載波相位觀測值，其觀測原理及方程與靜態(tài)相對定位一致，在這就不再反復(fù)說明。

2.3.2 具體操作

動態(tài)精度測試指的是在JLCORS系統(tǒng)下接收機(jī)接收到信號的強(qiáng)弱和定位服務(wù)的范圍，是否存在測量盲區(qū)，以及在測量過程中是否出現(xiàn)信號的丟失和重連情況等。通過動態(tài)定位測試來評定JLCORS系統(tǒng)覆蓋是否健康，間接評判JLCORS系統(tǒng)的綜合性能。本次研究是將CORS-RTK調(diào)節(jié)到連續(xù)地形測量模式下，每10秒觀測一次，勻速圍繞整個測區(qū)走一圈實(shí)時定位測量，以點(diǎn)位的疏密程度來判斷JLCORS在測區(qū)內(nèi)的服務(wù)強(qiáng)度及定位范圍（如圖2、圖3所示）。

圖2 動態(tài)相對定位測試（未插底圖）

圖3 動態(tài)相對定位測試（含CAD底圖）

通過測試發(fā)現(xiàn)，測區(qū)內(nèi)主干道路信號穩(wěn)定、PDOP數(shù)值小、垂直精度與水平精度都較低，衛(wèi)星數(shù)也都基本大于等于6顆，只有特別靠近水工樓后邊和其側(cè)邊等阻擋物過多且過高地方會發(fā)生PDOP數(shù)值過大，測量被中斷。由此說明，JLCORS系統(tǒng)的服務(wù)性較好，覆蓋率也接近90%，滿足厘米級別的測量。

2.4 內(nèi)、外符合精度測試

2.4.1 基本概念

內(nèi)部符合精度反映的是觀測數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量好壞，而外部符合精度反映的則是該GNSS數(shù)據(jù)在實(shí)際測量中的質(zhì)量[8]。

2.4.2 基本原理

（1）內(nèi)部符合精度：首先計(jì)算各個測站點(diǎn)上觀測值的平均值，再與每個觀測值求差，即可得到各測點(diǎn)的內(nèi)部符合精度情況。

（2）外部符合精度：將GNSS-RTK作業(yè)的觀測值與其相應(yīng)的已知值進(jìn)行比較，就可以出各點(diǎn)的外符合精度。

首先，計(jì)算測量的偏離值：

其次，計(jì)算外部符合精度：

最后，計(jì)算點(diǎn)位精度：

2.4.3 具體操作

通過觀察測區(qū)內(nèi)已知的4個點(diǎn)P、Q、M、N獲得靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)，對測試點(diǎn)的內(nèi)外符合精度做評定，最后得到4個測點(diǎn)的內(nèi)、外符合精度（如表3所示）。

表3 內(nèi)外符合精度測試表（單位：±m(xù)）

由表3可知，測區(qū)內(nèi)4個點(diǎn)的內(nèi)、外分部符合精度及點(diǎn)位精度都較好，反映出JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的綜合性能較好。

3 結(jié)束語

通過利用GNSS接收機(jī)在JLCORS系統(tǒng)中的定位服務(wù)時效性測試和對測區(qū)內(nèi)的4個控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)相對定位測試、動態(tài)相對定位測試及靜態(tài)定位內(nèi)、外符合精度的計(jì)算的數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)JLCORS系統(tǒng)的整體性能。從點(diǎn)位精度可以達(dá)到1.500m，可以得出JLCORS系統(tǒng)的整體性能較好，由此可以判斷使用GNSS數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)CORS系統(tǒng)的可行性。