千尋知寸FindCM在天津濱海新區(qū)的性能精度分析

劉 亮

(1.天津水運工程勘察設(shè)計院，天津 300456；2.天津市水運工程測繪技術(shù)重點實驗室，天津 300456)

隨著GNSS廣域差分技術(shù)的發(fā)展以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)[1]的建設(shè)完善，千尋位置基于BDS，通過RTD/RTK定位原理，利用互聯(lián)網(wǎng)提供全天候差分播發(fā)服務(wù)[2]，滿足定位需求。本文基于千尋位置厘米級高精度定位服務(wù)千尋知寸FindCM廣域差分信號，在濱海新區(qū)的塘沽、天津港、漢沽、大港等地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集測試，分析千尋知寸FindCM在天津濱海新區(qū)的服務(wù)性能及定位精度。

1 千尋位置

千尋位置是全球領(lǐng)先的精準(zhǔn)位置服務(wù)公司，提供高達(dá)動態(tài)厘米級和靜態(tài)毫米級的定位能力，是物聯(lián)網(wǎng)時代重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。

1.1 千尋北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)簡介

千尋位置基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基礎(chǔ)定位數(shù)據(jù)，利用遍及全國的超過1 800個地基增強(qiáng)站及自主研發(fā)的定位算法，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)運算，為遍布全國的用戶提供精準(zhǔn)定位及延展服務(wù)。千尋北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是我國第一個商用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)[3]，已能夠覆蓋全國大部分地區(qū)，在北京、天津、上海、重慶、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、河南、湖北、湖南、山西、香港、澳門等已實現(xiàn)全部覆蓋，在四川等其余省份部分覆蓋，并處于不斷建設(shè)擴(kuò)展中。

圖1 廣域差分定位流程圖Fig.1 Flow chart of wide-area differential positioning

千尋北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)屬于廣域差分定位系統(tǒng)，流程見圖1，支持以RTCM(radio technical commission for marine service)V3.2多電文信息(multiple signal message，MSM)格式進(jìn)行編碼并通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行播發(fā)[2，4-5]。使用過程中，通過接受衛(wèi)星信號，獲得用戶站的粗位置信息(非精準(zhǔn))，通過互聯(lián)網(wǎng)，將這個位置數(shù)據(jù)(GGA)上傳到數(shù)據(jù)處理中心(千尋平臺)，一同上傳的還有Ntrip協(xié)議參數(shù)，數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)用戶站的位置，生成虛擬參考站觀測數(shù)據(jù)[6]，然后將虛擬參考站改正數(shù)據(jù)播發(fā)給流動站進(jìn)行解碼，再聯(lián)合用戶站原始觀測值，進(jìn)行差分解算[7-12]，獲得高精度的位置坐標(biāo)。

1.2 千尋服務(wù)方式

千尋北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)目前主要提供三類服務(wù)：第一類為專業(yè)測繪服務(wù)，包括千尋跬步FindM(亞米級高精度定位服務(wù))、千尋知寸FindCM(厘米級高精度定位服務(wù))、千尋見微FindMM(靜態(tài)毫米級高精度位置服務(wù))；第二類為生活服務(wù)，包括千尋云蹤(位置數(shù)據(jù)服務(wù))、千尋優(yōu)行FindU(行人增強(qiáng)位置服務(wù))、千尋優(yōu)航FindV(車載增強(qiáng)位置服務(wù))，第三類為增值服務(wù)，包括FindNow(A-GNSS加速定位服務(wù))、千尋云跡FindTrace(高精度GNSS+INS后處理服務(wù))等。本文主要對千尋知寸服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)驗證。

千尋知寸FindCM基于RTK(載波相位差分)的差分定位原理，依托遍布全國的衛(wèi)星定位地基增強(qiáng)站，融合各類定位技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)的方式提供7×24 h高可用差分播發(fā)服務(wù)，面向全國范圍的各類終端和應(yīng)用系統(tǒng)，提供厘米級精度的位置糾偏數(shù)據(jù)服務(wù)，具有穩(wěn)定、高效、支持高并發(fā)的特點。用戶通過端口的選擇，可對應(yīng)提供ITRF2008(8001端口)、WGS84(8002端口)、CGCS2000(8003端口)三種坐標(biāo)。根據(jù)掛載點不同，提供的數(shù)據(jù)有所不同，RTCM32_GGB提供GPS/GLONASS/BDS差分?jǐn)?shù)據(jù)，RTCM30_GG提供GPS/GLONASS差分?jǐn)?shù)據(jù)。

2 FindCM性能精度分析

2.1 檢測方案

圖2 測試點位分布圖Fig.2 Distribution of test points

為測試千尋知寸FindCM在天津濱海新區(qū)的性能精度，在濱海新區(qū)的塘沽、天津港、漢沽、大港等地開闊區(qū)域共選用5個已知點(TG、TJG1、TJG2、HG、DG)，均為C級GPS點，點位分布如圖2，使用Trimble R10 GNSS接收機(jī)，分別基于千尋知寸FindCM和濱海新區(qū)連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(BinHai New Area Continuously Operating Reference Station System，簡稱BHCORS)廣域差分信號，以靜態(tài)模擬動態(tài)的測試方法，在每個點上各進(jìn)行300歷元數(shù)據(jù)的采集測試，高度截止角為15°，采樣率為1 s。由于BHCORS目前暫時不支持BDS，故選用千尋FindCM 8002端口和RTCM30_GG，獲取GPS/GLONASS差分?jǐn)?shù)據(jù)，得到相應(yīng)WGS84坐標(biāo)，并在WGS84坐標(biāo)系下進(jìn)行精度分析。

2.2 性能測試

由于虛擬參考站數(shù)據(jù)是通過“編碼—傳輸—解碼”到達(dá)流動站[13]，會有一定數(shù)據(jù)的缺失，本次測試中FindCM的數(shù)據(jù)缺失率(無虛擬參考站數(shù)據(jù)的歷元數(shù)/總歷元數(shù))為0.7%。模糊度固定率是指Ratio大于2的歷元數(shù)占總歷元數(shù)的比例[14]，見式(1)，是檢驗差分定位系統(tǒng)可靠性的又一重要指標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計，本次測試中FindCM的模糊度固定率為98.1%。在開闊區(qū)域，模糊度初始化，從浮動解到固定解時間約7.43 s。

(1)

從數(shù)據(jù)缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化時間以及系統(tǒng)兼容性(支持中海達(dá)、華測、司南、和芯星通、天寶等終端)來看，基于北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的千尋知寸FindCM與BHCORS[15]定位性能相當(dāng)。

2.3 內(nèi)符合精度

每個測試點在三維分量上的內(nèi)符合精度用中誤差來評定，公式為

(2)

m個測試點在三維分量上的內(nèi)符合精度的評定公式為

(3)

根據(jù)式(2)、式(3)計算測試點的內(nèi)符合精度。經(jīng)統(tǒng)計，BHCORS內(nèi)符合精度見表1，F(xiàn)indCM內(nèi)符合精度見表2。

表1 BHCORS內(nèi)符合精度統(tǒng)計結(jié)果Tab.1 Statistical results of internal precision of BHCORS cm

表2 FindCM內(nèi)符合精度統(tǒng)計結(jié)果Tab.2 Statistical results of internal precision of FindCM cm

2.4 外符合精度

由于起算誤差以及已知點沉降擾動等其他原因，導(dǎo)致已知點WGS84坐標(biāo)與通過千尋知寸FindCM獲得的坐標(biāo)之間存在一定系統(tǒng)偏差，可以把剔除完系統(tǒng)偏差后的已知點WGS84坐標(biāo)作為參考真值，來評定FindCM在濱海新區(qū)的外符合精度，每個測試點在三維分量上的外符合精度評定公式為

(4)

式中：lij為i點第j次觀測結(jié)果；li為i點剔除完系統(tǒng)偏差后的已知點參考真值。

m個測試點在三維分量上的外符合精度評定公式同式(3)。經(jīng)統(tǒng)計，BHCORS外符合精度見表3，F(xiàn)indCM外符合精度見表4。

表3 BHCORS外符合精度統(tǒng)計結(jié)果Tab.3 Statistical results of external accuracy of BHCORS cm

表4 FindCM外符合精度統(tǒng)計結(jié)果Tab.4 Statistical results of external accuracy of FindCM cm

3 結(jié)論

簡要介紹了千尋北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)及其主要產(chǎn)品，并根據(jù)千尋知寸FindCM和BHCORS在濱海新區(qū)的性能精度測試結(jié)果，可以得到以下結(jié)論：

(1)從數(shù)據(jù)缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化時間以及系統(tǒng)兼容性來看，基于北斗地基增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的千尋知寸FindCM定位性能穩(wěn)定可靠，在濱海新區(qū)與BHCORS性能相當(dāng)。

(2)千尋知寸FindCM在濱海新區(qū)能獲得實時動態(tài)厘米級定位精度，其內(nèi)符合平面中誤差為±0.34 cm，大地高H中誤差為±0.54 cm；外符合平面中誤差為±1.04 cm，大地高H中誤差為±0.85 cm。在濱海新區(qū)，千尋知寸FindCM的定位精度與BHCORS基本屬于同一水平，甚至優(yōu)于BHCORS。

(3)由于千尋知寸FindCM性能精度與BHCORS相當(dāng)，可作為BHCORS的補(bǔ)充，在濱海新區(qū)推廣使用。在全國其他覆蓋區(qū)域，經(jīng)性能精度檢驗后，也可參考使用。