蘭州市CORS系統定位精度測試及應用

朱建華,龔真春,李燕軍,陳金龍,白冰

(61243部隊,蘭州 730020)

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蘭州市CORS系統定位精度測試及應用

朱建華,龔真春,李燕軍,陳金龍,白冰

(61243部隊,蘭州 730020)

摘要：CORS系統的定位精度檢測是系統整體性能測試中一項最重要的內容,也是系統用戶最為關心的。簡述了CORS系統定位誤差源,分析比較了幾種常用定位精度測試方法的優缺點,在利用蘭州市CORS系統第一次作業時,對該系統的定位精度進行了測試和評價分析。測試結果表明,該系統定位精度可靠性高,可滿足作業需求。

關鍵詞：CORS;定位精度;可靠性;測試方法

0引言

隨著CORS技術的發展和推廣應用,現已在全國大部分城市及區域建成了上百個CORS,并能實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動提供不同類型的GNSS觀測值(載波相位,偽距)、各種改正數、狀態信息以及其他有關GNSS服務項目。同傳統 RTK 系統相比,不論是單基站、多基站還是網絡CORS,其有效作業范圍增大,定位精度以及可靠性得以提高,在功能、用途和應用范圍等方面都擴大了許多。一個建成的CORS系統是否能夠提供連續、動態和高精度的空間定位服務,是否滿足多類用戶實時定位以及事后數據處理高精度定位應用需求,很大程度上取決于系統的定位精度[1-2]。此外,在利用CORS系統進行具體項目測量作業前,也應對此定位精度進行簡單測試,以確保作業成果質量是否符合規范要求。本文將重點分析和比較CORS系統定位精度可靠性的檢驗方法,并結合蘭州市CORS系統,對該系統的定位精度進行測試和評價分析。

1CORS系統定位中的主要誤差源

CORS系統定位誤差主要是由基準站GNSS 觀測誤差、流動站觀測誤差和差分誤差信息的數學內插模型等引起的。其中前兩項誤差與常規RTK定位中出現的誤差基本等同,以系統誤差的危害性為重,并大多有規律可循,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和空間相關誤差來處理,非空間相關誤差有衛星鐘鐘差、接收機鐘差、接收機噪聲、多路徑效應等等;而空間相關誤差包括軌道誤差、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系統定位精度測試方法

目前,用于測試CORS系統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缺點。常用的有靜態已知點檢測方法、實時動態觀測值與后處理結果比較的檢測方法、反算基線長法、動態規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。但從用戶作業需求及實現便利角度出發,以下幾種檢測方法在實踐應用中十分普遍。

2.1靜態已知點檢測法

該方法是當前CORS定位精度檢測中最常用也是最易實現的方法[5]。一般通過在系統覆蓋區域內選擇具有代表性的、已知精確坐標的檢測點,將動態用戶接收機架設在已知點上進行實時定位并記錄結果,然后對實時定位結果進行統計分析,得到在檢測點上實時定位的內、外符合精度。

內符合精度用于評定CORS定位的穩定性程度。具體方法是計算每一測點所有測量值的算術平均值,再將該算術平均值與每一測量值求差,分析統計出各方向(X、Y、H)差值的分布情況,以反映系統實時定位的穩定性和收斂性。其計算公式為

(1)

式中: v為測試點觀測值與其算術平均值的差值; n為觀測值總數。

外符合精度反映CORS系統定位的準確性和與已有坐標系成果一致性。具體方法是在已知測試點上,通過轉換參數實測得出當地坐標系下的坐標成果,與該測試點的己知坐標成果相比較,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位精度、轉換參數精度、系統定位精度三者有關。其計算公式為

(2)

式中: q為檢測點的總數;Δ為檢測點實測值與已知坐標值的差值。

該方法的優點是統計方法簡單,易實現,在檢測點上能顯著地反映CORS系統實時定位精度;缺點是需要已知檢測點的精確坐標,如果在系統覆蓋區域內很難找到已知點或者坐標基準不統一,該方法就無法實施[6]。

2.2與后處理結果比較法

與后處理結果比較法是選定某一檢測點,先進行靜態觀測,然后再進行實時動態觀測,把實時動態的定位結果與事后靜態數據處理得到的結果進行比較,以事后靜態數據處理得到的結果為真值,來確定實時動態定位結果的精度可靠性。該方法彌補了靜態已知點檢測法需要已知檢測點精確坐標的不足,在系統某些區域很難找到已知點的條件下,采用該方法進行系統定位精度檢測顯得非常有效。但事后數據處理的定位結果受觀測數據質量和參考站坐標精確性影響[7]。

2.3反算基線長法

反算基線長法主要是對通視的、相距不遠的兩點進行實時動態測量,利用實時動態定位結果反算基線長,然后與使用靜態測量得到的基線長或使用常規測量方法測得的距離進行比較,兩者的偏差在一定程度上反映出系統的定位精度[8]。

3測試結果及分析

蘭州市CORS(LZCORS)系統由7個參考站和管理控制中心、數據中心、用戶終端設備等部分組成,相鄰參考站間的距離最長70.6km,最短31.0km,平均44.1km,快速或實時定位的設計精度為:水平≤3cm,垂直≤5cm.現根據上述三種檢測方法,結合第一次利用該系統作業時,給出其定位精度檢測的結果及分析。

3.1靜態已知點法檢測結果及分析

為了比較全面、準確地檢驗該CORS系統定位精度,盡量減少測試點自身觀測條件對檢測結果的影響。測試中共選擇了12個已知點,如表1所示。

表1　已知點等級及分布情況

表1中所選取的這些點既有較高等級的GPS控制點,也有較低等級的城市導線控制點,觀測條件良好,有很好的代表性,點位均勻分布在網內外。

內符合精度檢測時,流動站在已知點上分別進行四次初始化,每次采集10個歷元,進行4個測回的觀測,坐標系統采用WGS-84,高程為大地高;外符合精度檢測時,求取了1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的轉換參數。按照式(2)、式(3)分別計算出內、外符合精度,統計結果如表2、圖3和圖4所示。

表2　靜態已知點檢測法內、外精度統計

圖1　CORS系統內符合精度

圖2　CORS系統外符合精度

從表2、圖3和圖4中可看出,LZCORS系統的內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于2 cm,高于設計精度3 cm和5 cm,表明了該CORS系統實時動態定位穩定、可靠。LZCORS系統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于3 cm,水平方向最大值為3.8 cm,高程方向優于5 cm,說明了網絡RTK 實時動態定位是準確的。

3.2與后處理結果比較法檢測結果及分析

在該系統覆蓋范圍內選取7個點,先進行GPS靜態測量,后進行實時動態測量,坐標系統采用CGCS2000.將實時動態測量結果與后處理計算結果進行比較,結果如表3所示。

表3　與后處理結果比較精度統計

從表3可看出,采用該方法進行檢測時,除測試點JC22坐標差值較大外,其余測試點的實時定位精度較高,均達到了設計精度和作業規范規定的坐標較差要求[9]:平面坐標較差≤3 cm,高程較差≤5 cm.

3.3采用反算基線長法檢測結果及分析

在該系統覆蓋范圍內選取10個點,兩點之間相互通視。利用實時動態的定位結果反算出5條基線長,然后使用全站儀對5條邊進行距離測量,對二者的結果進行比較,結果如表4所示。

從表4看出,兩者的差值小于作業規范規定的邊長較差小于15 mm的要求,也在一定程度上反映出了該CORS系統的實時定位精度。

表4　與反算基線長比較結果統計

4結束語

本文在使用蘭州市CORS系統進行作業時,采用靜態已知點檢測法、與后處理結果比較法和反算基線長法三種檢測方法,對此定位精度進行了檢測。檢測結果表明,蘭州市CORS系統定位精度可靠性高,其技術指標達到了設計要求,可滿足大比例尺測圖、工程測量及其他等方面的應用需求。同時應注意的是,進行CORS系統定位精度可靠性檢測時,要針對不同工程測量項目需求,綜合運用各種檢測方法,以便更全面、客觀地對其實時定位精度進行檢測,以確保其定位精度的可靠性。

參考文獻

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[2] 黃俊華,陳文森.連續運行衛星定位綜合服務系統建設與應用[M].北京:科學出版社,2009.

[3] 徐文兵. GPS連續運行參考站系統(CORS)定位精度的可靠性研究[D].合肥:合肥工業大學,2009.

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

[5] 王 妍,孔祥仲,韓曉冰.華測連續參考站系統(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CORS系統動態精度測試與分析[J].測繪地理信息,2014,40(1):12-13.

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[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,2009,34(3):41-45.

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

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導航定位與數據處理方面的研究。

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

文獻標志碼：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

聯系人： 朱建華 E-mail: 1076695185@qq.com