珠海市北斗CORS網絡RTK實測分析

丁建勛，李秀龍，馬德富

（1.珠海市測繪院,廣東 珠海 519015）

珠海市北斗CORS網絡RTK實測分析

丁建勛1，李秀龍1，馬德富1

（1.珠海市測繪院,廣東 珠海 519015）

簡要介紹了珠海市北斗CORS系統(tǒng)，重點通過實測數(shù)據(jù)分析了系統(tǒng)的網絡RTK定位精度與可用性指標。分析表明，系統(tǒng)精度高，穩(wěn)定可靠，可用性強。特別是北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的引入，大幅提高了系統(tǒng)定位效率。

ZHBDCORS；RTK；CBI；精度；可用性

城市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)（CORS）是城市空間數(shù)據(jù)基礎設施之一[1]，可作為區(qū)域動態(tài)的、連續(xù)的和高精度的空間數(shù)據(jù)參考基準框架，提供精確、可靠的多種類服務，為社會發(fā)展與城市建設提供支持。目前，國內大多數(shù)城市都建設了本地CORS，主要為GPS單模或GPS/GLONASS雙模系統(tǒng)。2012-12-27，隨著我國自主研發(fā)的第二代北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）正式向亞太地區(qū)提供服務，標志著北斗衛(wèi)星邁向民用的第一步。當前北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已進入建用并舉的關鍵階段，珠海市北斗CORS正是因應我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式對外提供服務的契機和珠海市城市發(fā)展的需要而建立的同時兼容BDS、GPS、GLONASS 3大衛(wèi)星導航系統(tǒng)的三模城市CORS。

1 ZHBDCORS介紹

珠海市北斗CORS全稱“珠海市北斗連續(xù)運行衛(wèi)星導航與位置服務系統(tǒng)（簡稱ZHBDCORS）”。ZHBDCORS由珠海市國土資源局主持，珠海市測繪院聯(lián)合廣東省國土資源測繪院、武漢大學承建。珠海市位于珠江出海口西南側，陸海面積比約為1∶5，境內陸域現(xiàn)有2007年建成并投入使用的GDCORS系統(tǒng)3個基準站，海域在GDCORS系統(tǒng)的有效服務范圍之外。珠海市城市CORS建設起步較晚，為滿足日益迫切的城市建設需求，同時避免重復建設，ZHBDCORS將境內3個GDCORS基準站納入系統(tǒng)進行升級，在國內率先建立了實用型的城市北斗CORS。ZHBDCORS兼容BDS、GPS、GLONASS 3大導航衛(wèi)星信號，構建了新一代網絡化的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)結構

ZHBDCORS基準站網共由11個基準站組成，包括8個新建站（1個為檢測站）、3個已有GDCORS站的升級站，其中陸地站8個，分布于市區(qū)與西區(qū)陸地區(qū)域；海島站3個，分布于珠江出海口三大島嶼上，實現(xiàn)了珠海市全域的有效覆蓋。系統(tǒng)站網布局見圖1。

圖1 ZHBDCORS基準站網圖（審圖號：粵S（2013）094號）

ZHBDCORS整個網絡體系是以控制中心為中心節(jié)點的星型網絡，基準站與控制中心的內部數(shù)據(jù)專網采用電信光纖專線連接，以系統(tǒng)控制中心為主節(jié)點的內部數(shù)據(jù)網間各單元可互訪，其網絡結構見圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網絡結構示意圖

1.2 技術特點

ZHBDCORS是實用型三模地基增強系統(tǒng)，其主要技術指標見表1。

表1 ZHBDCORS主要技術指標

根據(jù)沿海環(huán)境特點，本系統(tǒng)各基準站天線統(tǒng)一采用天寶扼流圈天線以降低多路徑效應影響，基準站接收機為國產三模（BDSGPSGLONASS）接收機，支持BDS（B1,B2,B3）、GPS（L1,L2）和GLONASS（L1,L2）三大衛(wèi)星導航系統(tǒng)信號。

控制中心服務軟件為武漢大學的PowerNetwork軟件，網絡RTK核心技術采用CBI[2]技術。目前具有代表性的網絡RTK技術有虛擬參考站技術（VRS）、主輔站技術（MAX）、區(qū)域改正參數(shù)法（FKP）和綜合誤差內插法（CBI）。CBI技術由武漢大學衛(wèi)星導航定位技術研究中心提出并進行了改進。相關研究表明，綜合誤差內插法的精度最弱點位于基準站基線的中間，對于隨位置不同而呈線性變化的誤差，如電離層延遲和軌道誤差，可以基本完全消除其影響，同時消除絕大部分不符合線性變化的誤差，如對流層延遲等系統(tǒng)誤差[3]。

2 實測分析

實測是評估系統(tǒng)性能的重要手段，實測效果可反映實際應用中能否提供精確、實時、可靠的定位信息，本文從定位精度、初始化時間和可用性方面對ZHBDCORS進行了實測分析。

測試區(qū)域分布在珠海全市范圍，海域測試地點位于海島，測試點位盡量均勻分布，測試點位共43個點。測試點位分布見圖3。

本次測試的43個點位中，含GPS-C級控制點31個，臨時點10個，水準點2個。測試設備為司南k508、天寶GEOXR、支持三星七頻的中海達設備H32。觀測方法：測試中進行了GPS、GPS+GLO和GPS+GLONASS+BDS組合定位測量，觀測歷元間隔1 s，20個歷元組成一個測回，每套設備在每個點位上施測3個測回，同時記錄每測回初始化時間。

2.1 初始化時間

從43個測試點統(tǒng)計的初始化時間記錄共387次，其中GPS+GLONASS+BDS組合模式下的初始化時間共記錄了215次，GPS/GPS+GLO模式下的初始化時間共記錄了172次。經統(tǒng)計，GPS+GLONASS+BDS信號模式的平均初始化時間為12 s；GPS/GPS+GLO模式下的平均初始化時間為23 s，可見，增加了北斗信號的初始化耗時明顯減少。本次的初始化時間在不同定位模式下的統(tǒng)計情況見圖4。

圖3 實時定位精度測試點位示意圖（審圖號：粵S（2013）094號）

圖4 初始化時間對比統(tǒng)計

從圖4可知，GPS+GLONASS+BDS模式的初始化時間不超過5 s的占比超過30%，不超過10 s的占比超過60%，顯然，加入北斗信號可大幅提高RTK解算效率。

2.2 定位精度

實時定位精度測試，它反映的是流動站用戶利用系統(tǒng)播發(fā)的網絡差分數(shù)據(jù)，可以得到的RTK實時定位精度[4]，本文采用已知點比較法分析最終定位精度[5]。精度評定可以分為內符合精度評定和外符合精度評定，RTK動態(tài)定位精度指標主要有內符合精度和外符合精度。內符合精度反映了觀測數(shù)據(jù)的質量,外符合精度反映了ZHBDCORS在實際測量中的可用性[6]。

按上述要求對43個測試點的坐標成果進行了統(tǒng)計評定，其中內符合精度平面分量為1．3 cm，高程分量為1．6 cm；外符合精度平面分量為3．7 cm，高程分量為3．8 cm，測試結果優(yōu)于設計要求。

2.3 可用性

可用性是衡量系統(tǒng)性能的主要內容之一，也是實際使用中用戶最關心的指標之一。系統(tǒng)的可用性分為空間可用性、時間可用性兩方面，空間可用性是對系統(tǒng)服務的有效覆蓋范圍進行測試[7]，時間可用性用于衡量系統(tǒng)提供連續(xù)服務的能力。

1）空間可用性。上文中提到的精度測試選點覆蓋范圍均勻遍布系統(tǒng)有效服務區(qū)域，測試過程順利，未發(fā)現(xiàn)無法使用服務的點位，說明系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的空間可用性。為進一步測試動態(tài)環(huán)境下連續(xù)定位的空間可用性，采取了車載接收機進行長距離連續(xù)跟蹤測量的方式。該測試采用了2臺不同品牌的三星（GPS+GLONASS+BDS）六頻網絡RTK接收機按1 s/ 歷元進行觀測，不顧及實際定位精度，僅記錄固定解數(shù)據(jù)。為此，將接收機安置在小汽車前擋風玻璃下方車廂內，衛(wèi)星信號受到側面遮擋。測試路線包括東部沿海道路、市區(qū)，西部主干道、城鎮(zhèn)區(qū)、偏遠地區(qū)。測試路線見圖5。

圖5中，珠海市陸地版塊內部藍色軌跡為測試數(shù)據(jù)，路線總長度約160 km，從圖中可知，東部測量軌跡斷點較多，原因在于東部立交、高大建筑物及隧道較多，造成了固定解短暫丟失。總體來說，測試軌跡連續(xù)，固定解獲取穩(wěn)定，固定解再獲取速度快，空間可用性較好。

2）時間可用性。時間可用性測試方式為在固定點上長時間進行連續(xù)RTK觀測，可基本反映全天的時間可用性。測試時間為上午8：00～下午18：00，時長大于8 h，分別采取GPS（采樣率5 s）、BDS（采樣率10 s），GPS+GLO+BDS（采樣率5 s）3種信號模式各自進行了3晝夜觀測，測試坐標分量的相對變化情況見圖6。

圖5 空間可用性測試軌跡圖（審圖號：粵S（2013）094號）

由圖6可知，系統(tǒng)連續(xù)觀測值一致性較好，下午時段收斂精度有所下降，平面差值穩(wěn)定在2 cm以內，高程差值穩(wěn)定在3 cm以內。其中GPS+GLO+BDS數(shù)據(jù)下午時段因云層變厚、大雨影響，高程方向有較大跳動，說明高程收斂度對天氣較為敏感。總體來說，系統(tǒng)在GPS、BDS和組合信號3種模式下均能成功定位，且精度相當。

2.4 主流用戶設備兼容性

系統(tǒng)實時定位服務對不同品牌、型號用戶設備的支持即兼容性也是反映系統(tǒng)性能的重要指標之一。為驗證ZHBDCORS實時定位服務對不同型號設備的兼容性，選取了5大品牌（天寶、徠卡、中海達、華測、南方）10個最新型號的RTK接收機進行了定點測試。經實測檢驗，各機型均能在本系統(tǒng)下正常工作，系統(tǒng)具有較好的設備兼容性。

3 結 語

本文通過實測數(shù)據(jù)分析了ZHBDCORS網絡RTK精度、初始化時間、可用性等指標，分析表明，以北斗為主，兼容GPS、GLONASS信號的ZHBDCORS系統(tǒng)網絡RTK定位內符合精度高，外符合精度滿足設計要求，同時，系統(tǒng)可提供單BDS模式下的網絡RTK定位服務。對比單GPS或GPS+GLO模式，GPS+GLO+BDS組合信號定位大幅提高初始化速度，明顯提升了系統(tǒng)服務可用性，無疑BDS信號起到了關鍵性作用。隨著BDS星座的不斷完善，系統(tǒng)定位精度與可用性將進一步得到加強。

圖6 固定點連續(xù)觀測相對較差統(tǒng)計圖

[1] 劉經南,劉暉．連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)—城市空間數(shù)據(jù)的基礎設施[J]．武漢大學學報:信息科學版,2003,28(3):259-264

[2] 唐衛(wèi)明,劉經南,劉暉,等．一種GNSS網絡RTK改進的綜合誤差內插方法[J]．武漢大學學報:信息科學版,2007,32(12): 1 156-1 159

[3] 胡兵,王成,李超,等．網絡RTK幾種常用技術的比較[J]．地理空間信息,2011,9(3):102-105

[4] 張周平,劉忠．城市CORS的測試內容與方法研究[J]．測繪技術裝備,2010,12(3):7-9

[5] 龔真春,楊晉強,白冰,等．GPS CORS系統(tǒng)實時定位精度檢測方法探討[J]．測繪與空間地理信息,2011,34(3):88-90

[6] 張西軍,唐衛(wèi)明,曾廣鴻,等．廣州市CORS系統(tǒng)實時動態(tài)定位精度測試[J]．測繪信息與工程,2008,33(5):6-8

[7] 田宗彪,劉暉,郭思彤．CORS可用性測試方法研究[J]．數(shù)字通信世界,2014(增刊):12-15

P228.4

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1672-4623（2016）06-0068-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.023

丁建勛，高級工程師，主要從事城市測量新技術應用研究與管理。

2016-03-17。