安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)建設(shè)與精度分析

楊新成

(安慶市勘察測繪院)

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安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)建設(shè)與精度分析

楊新成

(安慶市勘察測繪院)

摘要詳細(xì)分析了安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、系統(tǒng)原理、作業(yè)流程，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)性能以及精度進(jìn)行了深入探討，為類似應(yīng)用研究提供參考。

關(guān)鍵詞GPSCORS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)系統(tǒng)性能精度

城市數(shù)字化是現(xiàn)代化城市發(fā)展的趨勢，空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字城市的基礎(chǔ)，安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)是安慶市城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分[1-2]，因此有必要建立安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站系統(tǒng)。

1系統(tǒng)建設(shè)

1.1目標(biāo)及內(nèi)容

選用南方單基站CORS系統(tǒng)建設(shè)方案，其基本目標(biāo)為：建立和維護(hù)測量區(qū)域內(nèi)的GPS基準(zhǔn)站，為該系統(tǒng)提供一套完整的GPS工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具體內(nèi)容有：①建設(shè)1個(gè)永久連續(xù)觀測的GPS定位基準(zhǔn)站；②建立1個(gè)可提供基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；③建立基準(zhǔn)站與系統(tǒng)管理中心的內(nèi)部局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；④為測量用戶提供RTK實(shí)時(shí)差分、靜態(tài)后處理的數(shù)據(jù)信息。

1.2系統(tǒng)原理及系統(tǒng)作業(yè)流程1.2.1系統(tǒng)原理

單基站CORS即為僅有1個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站，可將衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)、通信技術(shù)和先進(jìn)的軟件開發(fā)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，為用戶提供了全新、透明、可視、實(shí)時(shí)的測量服務(wù)。基準(zhǔn)站上有1個(gè)控制軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)、存儲(chǔ)和發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)有1個(gè)服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)差分服務(wù)和用戶管理。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，該系統(tǒng)的GPS硬件由GPS基站、電源系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)構(gòu)成(圖1)。

1.2.2系統(tǒng)作業(yè)流程

基準(zhǔn)站連續(xù)不間斷地觀測GPS的衛(wèi)星信號(hào)，以獲取該地區(qū)和該時(shí)間段的局域精密星歷及其他改正參數(shù)，按用戶需要將靜態(tài)數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)并將基準(zhǔn)站的衛(wèi)星信息發(fā)送至服務(wù)器上Eagle軟件的指定位置。移動(dòng)站用戶接收定位衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)，并解算出地理位置坐標(biāo)。移動(dòng)站用戶的數(shù)據(jù)通訊模塊(GPRS或CDMA)通過局域網(wǎng)從服務(wù)器的指定位置獲取基準(zhǔn)站提供的差分信息后，輸入用戶單元GPS進(jìn)行差分解算。移動(dòng)站用戶在野外完成靜態(tài)測量后，可從基準(zhǔn)站軟件上下載同步時(shí)間的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行基線聯(lián)合解算。GPS參照站硬件系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖1　GPS參照站系統(tǒng)

圖2　硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

1.3性能指標(biāo)

安慶市連續(xù)運(yùn)行GPS參考站單基站建成后，各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示。

1.4轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算

在城市建成區(qū)及周邊施測D級(jí)GPS控制網(wǎng)(圖3)和E級(jí)GPS控制網(wǎng)(平面控制面積約1 200 km2)以及600 km2的二、三、四等高程控制網(wǎng)。D級(jí)GPS控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)應(yīng)用于CORS系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，E級(jí)GPS網(wǎng)作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的檢核，其中D級(jí)GPS網(wǎng)聯(lián)測CORS基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)。由于參與轉(zhuǎn)換的平面點(diǎn)位等級(jí)較高以及高程擬合區(qū)域內(nèi)的水準(zhǔn)高程點(diǎn)較多，并且點(diǎn)位分布均勻，據(jù)此計(jì)算的轉(zhuǎn)換參數(shù)精度較高，轉(zhuǎn)換殘差平面最大為0.008 m，高程最大為2.4 cm。基準(zhǔn)站設(shè)置成按固定的三維坐標(biāo)發(fā)布校正信息，保障了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

表1　單基站CORS系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)

2系統(tǒng)測試

在以基準(zhǔn)站為中心的半徑為30 km的范圍內(nèi)，隨機(jī)采集了11個(gè)GPS-D級(jí)網(wǎng)控制點(diǎn)和28個(gè)GPS-E級(jí)網(wǎng)控制點(diǎn)(均為水準(zhǔn)高程)，采集的數(shù)據(jù)與靜態(tài)觀測的數(shù)據(jù)分別如表2、表3所示。整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)、外符合精度見表4。

圖3　D級(jí)GPS控制網(wǎng)

表2　GPS-D級(jí)網(wǎng)控制點(diǎn)內(nèi)符合精度　m

表2、表3中的精度數(shù)值為儀器誤差(即基線精度)，實(shí)際測試精度包括儀器誤差、參數(shù)誤差和點(diǎn)位誤差等3個(gè)部分。由表4可知：單基站CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集精度可滿足RTK實(shí)時(shí)定位的要求。

3討論

(1)本研究GPS參考站系統(tǒng)為單基站CORS系統(tǒng)，覆蓋范圍為以基準(zhǔn)站為中心，有一定的半徑長度限制，不同的半徑范圍內(nèi)具有不同的精度，獲得不同的半徑范圍內(nèi)的平面精度、高程精度的衰減情況，有助于確保城市測量數(shù)據(jù)的可靠性。

表3　GPS-E級(jí)網(wǎng)控制點(diǎn)外符合精度　m

表4　系統(tǒng)內(nèi)、外符合精度　m

(2)本研究GPS參考站系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)為4個(gè)，其覆蓋區(qū)域半徑約40 km，但在大范圍內(nèi)進(jìn)行測量時(shí)，上述4個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)無法在部分范圍內(nèi)起到提高平面、高程精度的作用，此時(shí)需使用7個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)，以便擴(kuò)大該系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域。

(3)本研究GSP參照系統(tǒng)的建成不僅可滿足基礎(chǔ)測繪工作，也可服務(wù)于交通運(yùn)輸、水利、減災(zāi)救災(zāi)和國家安全等多個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]黃俊華，陳文森.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)(CORS)建設(shè)與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[2]林頌，莫傳山.南寧市GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的體會(huì)[J].城市勘測，2008(4)：61-65.

(收稿日期2015-11-20)

楊新成(1974—)，男，工程師，246001 安徽省安慶市戲校南路61號(hào)。