中海達(dá)ZNetVRS解算軟件在北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

鄒 盛，馮世光，潘國(guó)富

(廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東廣州511400)

一、引 言

增強(qiáng)系統(tǒng)可以提高全球?qū)Ш较到y(tǒng)的導(dǎo)航定位性能，能滿(mǎn)足高精度的應(yīng)用。自北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供服務(wù)以來(lái)，地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建設(shè)在我國(guó)陸續(xù)展開(kāi)。而實(shí)現(xiàn)地基增強(qiáng)系統(tǒng)的主流算法為虛擬參考站(VRS)技術(shù)。

中海達(dá)CORS經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際項(xiàng)目錘煉，形成了北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的完整解決方案，系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:①?lài)?guó)產(chǎn)自主品牌北斗接收機(jī)(支持B3信號(hào)/數(shù)據(jù)流加密);②具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZNetVRS解算軟件;③支持大型CORS系統(tǒng)建設(shè)(支持分布式運(yùn)行);④支持在線(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng);⑤參數(shù)加密、似大地水準(zhǔn)精化成果運(yùn)用;⑥可限制用戶(hù)作業(yè)區(qū)域;⑦及時(shí)短信報(bào)警機(jī)制。

中海達(dá)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)方案可為每個(gè)基站配置智能插座，如圖1(a)所示。當(dāng)接收機(jī)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或其他異常情況時(shí)，管理員可通過(guò)發(fā)送短信將接收機(jī)斷電再重啟。軟件則監(jiān)控基站數(shù)據(jù)流，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷3 min的情況時(shí)，軟件會(huì)通過(guò)短信貓發(fā)送報(bào)警信息給管理員，以提醒管理員檢查維護(hù)系統(tǒng)，短信貓如圖1(b)所示。

二、ZNetVRS解算軟件架構(gòu)

ZNetVRS解算軟件設(shè)計(jì)為一個(gè)多用戶(hù)、可擴(kuò)展的空間位置信息服務(wù)平臺(tái)，能分別為DGPS用戶(hù)和RTK用戶(hù)提供實(shí)時(shí)分米級(jí)和厘米級(jí)定位服務(wù)，能為用戶(hù)實(shí)時(shí)提供厘米級(jí)大地高程數(shù)據(jù)服務(wù)(在加入精化大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)庫(kù)前提下，也能為后處理用戶(hù)提供毫米級(jí)定位服務(wù))。

圖1

使用該軟件，用戶(hù)可以穩(wěn)定地接入多個(gè)站點(diǎn)的三星數(shù)據(jù)，并進(jìn)行測(cè)站和站網(wǎng)的監(jiān)控，可以解算測(cè)站所構(gòu)成的基線(xiàn)并能生成VRS數(shù)據(jù)。用戶(hù)可配置數(shù)據(jù)播發(fā)的格式，包括 CMR、RTCM 2.3、RTCM3.1、RTCM3.2及國(guó)內(nèi)北斗差分格式。軟件可以根據(jù)當(dāng)前基站數(shù)據(jù)給出當(dāng)前區(qū)域的電離層活躍指數(shù)I95，指導(dǎo)外業(yè)工作。軟件設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ZNetVRS軟件總體結(jié)構(gòu)

三、ZNetVRS解算軟件的項(xiàng)目應(yīng)用

ZNetVRS軟件已在多個(gè)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本文以由中海達(dá)公司承建的云南保山市新建北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹軟件的應(yīng)用。

保山市地基增強(qiáng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)為11個(gè)基站的CORS網(wǎng)，包括新建9個(gè)中海達(dá)的VNet6(天寶主板的三星接收機(jī))基站及2個(gè)原有國(guó)家站(一個(gè)是天寶三星接收機(jī)，一個(gè)是天寶雙星接收機(jī))。

1.支持各類(lèi)型基站解算

ZNetVRS解算軟件可以對(duì)不同品牌不同類(lèi)型的CORS基站進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，并實(shí)現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)。兼容的國(guó)外廠(chǎng)商主板有 Trimble、Novatel、TOPCON、Leica、CSI等，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商主板有和芯星通、和協(xié)航電等，并支持RTCM3.0及RTCM3.2格式的數(shù)據(jù)接入。針對(duì)目前大部分升級(jí)型CORS項(xiàng)目而言，可以將舊基站數(shù)據(jù)接入到ZNetVRS軟件，軟件可以以舊基站和新的北斗基站分別組網(wǎng)解算，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有設(shè)備的利用，又達(dá)到了系統(tǒng)升級(jí)的效果。

管理員根據(jù)接收機(jī)選擇相對(duì)應(yīng)的主板類(lèi)型項(xiàng)進(jìn)行基站定義，即可達(dá)到不同類(lèi)型接收機(jī)成功組合為一個(gè)子網(wǎng)提供服務(wù)的效果。在保山項(xiàng)目中所有基站都選擇為VNet-T(天寶主板)類(lèi)型進(jìn)行基站解算。對(duì)于中海達(dá)自主品牌接收機(jī)，可以對(duì)基站數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。當(dāng)基站數(shù)據(jù)加密后需要將數(shù)據(jù)流加密勾選框勾選，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)解密并解算。

2.支持北斗B3信號(hào)的解析

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備短報(bào)文通信、差分服務(wù)和完好性服務(wù)特色，在 L、S頻段發(fā)播導(dǎo)航信號(hào)，L頻段B1、B2和B3三個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)射開(kāi)放和授權(quán)服務(wù)信號(hào)。

ZNetVRS解算軟件可以解算包括GPS的L1、L2，GLONASS 的 L1、L2，以及 BDS 的 B1、B2 和 B3頻段的數(shù)據(jù)。全方位的頻段數(shù)據(jù)解算可以大大提高基線(xiàn)的固定準(zhǔn)確率和精度，使系統(tǒng)可用性達(dá)到95%以上。軟件包括了對(duì)基站星空?qǐng)D的展示模塊，可以實(shí)時(shí)顯示基站接收到衛(wèi)星的星空?qǐng)D。

3.用戶(hù)管理

ZNetVRS解算軟件可以同時(shí)支持超過(guò)1000個(gè)測(cè)量或?qū)Ш接脩?hù)的接入。軟件管理員可以根據(jù)用戶(hù)移動(dòng)站的性能和使用權(quán)限為其分配賬號(hào)。賬號(hào)信息包括用戶(hù)名、密碼、用戶(hù)到期時(shí)間、用戶(hù)可用金額等。測(cè)量人員根據(jù)管理員提供的賬戶(hù)信息進(jìn)行登錄獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)，以達(dá)到高精度的定位數(shù)據(jù)實(shí)施測(cè)量工作。管理員還可以隨時(shí)進(jìn)行用戶(hù)充值、修改密碼及查看所有在線(xiàn)用戶(hù)信息等操作。

4.基站組網(wǎng)及RTK精度測(cè)試分析

保山市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)新建9個(gè)基站，并接入2個(gè)國(guó)家(板橋和施甸)站聯(lián)合組網(wǎng)，其中板橋站為天寶三星主機(jī)，施甸站為天寶雙星主機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)組成11個(gè)站的中型CORS網(wǎng)。

該網(wǎng)中最長(zhǎng)的基線(xiàn)64 km，最短基線(xiàn)長(zhǎng)33 km。

為了檢測(cè)軟件算法的精度及偽距差分的定位服務(wù)的穩(wěn)定性，對(duì)保山CORS系統(tǒng)測(cè)試采取實(shí)測(cè)方式進(jìn)行如下試驗(yàn):①在CORS網(wǎng)作用范圍內(nèi)選擇8個(gè)CGCS2000控制點(diǎn)(固?hào)| M006、福祿地 M025、潞江M034、柯街 M043、施甸 M045、昌寧 M047、黃草壩M051、勐糯M054)，8個(gè)點(diǎn)分布在網(wǎng)內(nèi)的不同區(qū)域;②在每個(gè)已知點(diǎn)用中海達(dá)V30靜止開(kāi)機(jī)后接收RTCM30和RTCM32差分?jǐn)?shù)據(jù)分別定位，按1 s的采樣頻率連續(xù)記錄定位結(jié)果;③事后統(tǒng)計(jì)精度計(jì)算。

本文對(duì)8個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行了基于RTCM30和RTCM32定位的精度對(duì)比測(cè)試，采集數(shù)據(jù)時(shí)間分別為24 h。對(duì)采集數(shù)據(jù)的解狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，達(dá)到固定解的時(shí)間率超過(guò)全天95%，對(duì)精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 RTCM30定位中誤差統(tǒng)計(jì) m

表2 RTCM32定位中誤差統(tǒng)計(jì) m

從對(duì)比測(cè)試結(jié)果可以看出:

1)CORS網(wǎng)服務(wù)范圍內(nèi)各個(gè)地方精度差異小，移動(dòng)站工作不受與基站距離的影響。

2)采用 RTCM32(GPS+GLONASS+BDS)的RTK比RTCM30(GPS+GLONASS)定位精度要更高，高程方向有明顯提升，滿(mǎn)足常規(guī)測(cè)量精度要求。

3)本文系統(tǒng)能夠連續(xù)進(jìn)行RTK差分定位服務(wù)，滿(mǎn)足不同時(shí)間段測(cè)量要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)在多個(gè)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)中實(shí)踐多年，可以無(wú)縫接入各類(lèi)基站接收機(jī)，支持GPS、BDS、GLONASS全星座全頻段長(zhǎng)基線(xiàn)解算，支持國(guó)際通用的兼容北斗的差分電文標(biāo)準(zhǔn)(RTCM3.2)，兼容所有國(guó)內(nèi)外品牌接收機(jī)的終端接入。測(cè)試表明，中海達(dá)ZNetVRS解算軟件應(yīng)用于北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的技術(shù)方案正確可行，且相對(duì)于只提供RTCM30的CORS系統(tǒng)，移動(dòng)站的時(shí)間可用性和測(cè)量精度都更高。