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(shù)應(yīng)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(yùn)行基準(zhǔn)網(wǎng)及綜合服務(wù)系統(tǒng)(以下簡稱 SXCORS)在山西全省范圍內(nèi)共包括67個(gè)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站，覆蓋整個(gè)山西省域。SXCORS的平均站間距約58 km，實(shí)時(shí)動態(tài)定位精度在水平方向?yàn)?±1.8 cm，垂直方向?yàn)?±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(luò)增值服務(wù)軟件。SpiderWeb為后處理提供有效和安全的數(shù)據(jù)訪問，利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁瀏覽器可非常方便地為用戶提供各個(gè)參考站或網(wǎng)絡(luò)GNSS數(shù)據(jù)分發(fā)等增值服務(wù)，其核心功能包括RINEX數(shù)據(jù)下載、虛擬RINEX服務(wù)及坐標(biāo)計(jì)算服務(wù)，并能夠提供Leica GNSS Spider所管理站點(diǎn)的狀態(tài)及質(zhì)量查詢。

二、事后RTK測量方案

自SXCORS的建設(shè)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(luò)RTK實(shí)時(shí)動態(tài)定位實(shí)現(xiàn)，該作業(yè)方式投入少、效率高、精度高，在工程建設(shè)、國土資源管理等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)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(luò)RTK的作業(yè)需要流動站與系統(tǒng)控制中心無線實(shí)時(shí)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(chǎn)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(jì)價(jià)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(shí)現(xiàn)顯得尤為重要。

根據(jù)SXCORS及山西省的實(shí)際情況，實(shí)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算過程中存儲的網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)，再利用參考站原始觀測數(shù)據(jù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK中的虛擬參考站的還原，即將本應(yīng)根據(jù)實(shí)時(shí)用戶請求生成的虛擬參考站，在用戶希望的過去任何一個(gè)時(shí)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(jié)合用戶在野外觀測的短時(shí)間靜態(tài)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)事后RTK的解決方案。

事后RTK的實(shí)現(xiàn)方案分為兩部分，即外業(yè)部分和內(nèi)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(nèi)業(yè)部分:在SXCORS數(shù)據(jù)網(wǎng)站生成虛擬基準(zhǔn)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(diǎn)擊虛擬RINEX服務(wù)，詳細(xì)填寫請求內(nèi)容。日期、時(shí)段、采樣率等欄目填寫可參照靜態(tài)數(shù)據(jù)下載，填寫內(nèi)容與未知點(diǎn)信息保持一致，須重點(diǎn)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(diǎn)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(biāo)的大地高。所填寫坐標(biāo)決定了虛擬基準(zhǔn)站與未知點(diǎn)間基線長度。基線長度越短，同樣條件下最終所得未知點(diǎn)坐標(biāo)精度越高。

填寫完成請求資料并檢查無誤后，點(diǎn)擊提交，如圖1所示。

圖1 虛擬RINEX服務(wù)功能界面

2)查看結(jié)果與下載。完成提交3～5 min后，點(diǎn)擊結(jié)果選項(xiàng)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(yīng)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(diǎn)靜態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)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(diǎn)(控制點(diǎn)成果即為提交請求時(shí)輸入的數(shù)據(jù))進(jìn)行平差，即可得未知點(diǎn)坐標(biāo)。

數(shù)據(jù)處理的過程概括地說也就是通過單基線，由一個(gè)已知點(diǎn)確定一個(gè)未知點(diǎn)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(jià)事后RTK測量模式的可靠性及精度，筆者在山西全省范圍內(nèi)不同地區(qū)選取了2012年4—7月的81個(gè)GPS點(diǎn)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(jié)果及事后RTK處理方法得到的結(jié)果。其中，GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理是選擇最近的3～4個(gè)SXCORS基準(zhǔn)站參與解算并作為起算點(diǎn)，得到WGS-84坐標(biāo)結(jié)果;事后RTK的處理方式是截取靜態(tài)測量控制點(diǎn)的10 min數(shù)據(jù)進(jìn)行前述方法處理，得到WGS-84坐標(biāo)結(jié)果并對兩種方式所獲得結(jié)果進(jìn)行比較和統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。

表1 測試點(diǎn)較差統(tǒng)計(jì)表 cm

從表1中可以看出，通過SXCORS基準(zhǔn)站進(jìn)行靜態(tài)解算與事后RTK解算結(jié)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(diǎn)平面較差分布圖

圖3 測試點(diǎn)大地高較差分布圖

四、結(jié)束語

根據(jù)上述測試方案及結(jié)果來看，可以得出如下結(jié)論:

1)在山西省范圍內(nèi)使用SXCORS的條件下，基于SpiderWeb的虛擬RINEX服務(wù)的事后RTK方案是一種切實(shí)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(luò)覆蓋的問題，能夠廣泛應(yīng)用于正在開展的山西省農(nóng)村土地確權(quán)及類似分布廣、精度要求高的工作。

2)事后RTK測量精度可達(dá)到與使用SXCORS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)類似的精度，可以滿足應(yīng)用于圖根控制點(diǎn)的測設(shè)。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)