宜昌CORS新增參考站選址分析

盧立

(宜昌市測繪大隊，湖北 宜昌 443000)

宜昌CORS新增參考站選址分析

盧立*

(宜昌市測繪大隊，湖北 宜昌 443000)

介紹了宜昌市連續(xù)運行GNSS參考站系統(tǒng)(YCCORS)新增5個參考站勘選過程中，利用TEQC、RTKLIB軟件，對選定站點位置連續(xù) 24 h的GNSS觀測數(shù)據(jù)進行質量分析，從數(shù)據(jù)完整性、多路徑效應、信噪比等多個方面對選址的GNSS觀測數(shù)據(jù)進行評估，參照《全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網建設規(guī)范》確定選址，并實施建設。

CORS；TEQC；多路徑；選址

1 引 言

隨著信息技術的發(fā)展和國民經濟及社會發(fā)展信息化進程的進一步加快，城市規(guī)劃管理的方法也向高度依靠信息和技術的智能性方式轉化。近幾年來，宜昌市的發(fā)展日趨加快，基礎設施建設規(guī)模逐年擴大。CORS技術綜合應用已成為基礎測繪和地理信息獲取的重要技術手段[1，2]。

宜昌市連續(xù)運行GNSS參考站系統(tǒng)(以下簡稱YCCORS)于2008年建成5個參考站，2009年正式投入使用，有效覆蓋面積1.7萬km2。系統(tǒng)自建成以來不但節(jié)約了大量人力物力、提高了工作效率、產生大量經濟效益，而且具有重要的科學意義和社會效益。為整合YCCORS資源，避免重復建設浪費，YCCORS于2013年與多個單位簽訂合作協(xié)議，完成對興山、秭歸、長陽三個CORS單基站的并網；為實現(xiàn)宜昌市域面積CORS服務全覆蓋，宜昌市測繪大隊于2015年開始新增5個參考站的踏勘、選址及基建工作。

YCCORS作為維持宜昌市參考框架一個重要手段，不僅可用于服務測繪、災害檢測等基礎或重點行業(yè)部門，也為今后建立我國自主的高精度動態(tài)參考框架提供現(xiàn)勢性強的基本信息，因此，CORS參考站的選址就顯得尤為重要。本文利用TEQC等軟件對各新增參考站選址數(shù)據(jù)完整性、多路徑效應、信噪比等方面進行分析，為YCCORS新增參考站的選址提供參考依據(jù)。

2 參考站選址

CORS參考站選址設計是CORS整體設計的一個重要環(huán)節(jié)，關系到CORS系統(tǒng)是否能良好運行。而此次YCCORS新增CORS參考站是對已建成YCCORS參考站網的擴充，主要是對YCCORS未覆蓋區(qū)域的補充、信號薄弱區(qū)域的加強，最終實現(xiàn)YCCORS全宜昌市域范圍的全覆蓋。根據(jù)YCCORS現(xiàn)有參考站分布圖(如圖1所示)，擬在宜昌市周邊新增5個參考站，分別位于當陽市官垱鎮(zhèn)、夷陵區(qū)樟村坪鎮(zhèn)、宜都市松木坪鎮(zhèn)、五峰縣牛莊鄉(xiāng)、五峰縣漁洋關鎮(zhèn)。建成后YCCORS參考站分布圖如圖2所示：

參考站的選址主要遵循以下要求[3]：

(1)距易產生多路徑效應的地物(如高大建筑、數(shù)目、水體、海灘和易積水地帶等)的距離不小于 200 m；

(2)應有10°以上地平高度角的衛(wèi)星通視條件；

(3)距電磁干擾區(qū)(如微波站、無線電發(fā)射臺、高壓線穿越地帶等)的距離不小于 200 m；

(4)避開易產生振動的地帶；

(5)便于介入公共或專用通信網絡；

(6)具有穩(wěn)定、安全可靠的電源；

(7)交通便利，便于人員往來和車輛運輸。

在初步踏勘5個新增參考站選址的同時，為了真實、有效地評估擬選站點的多路徑效應、信號遮擋、信噪比等情況，特組織技術人員與設備對5個選址進行了GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集。

3 參考站數(shù)據(jù)質量分析

3.1 TEQC軟件簡介

TEQC(Translation，Editing and Quality Checking)是功能強大且簡單易用的GNSS數(shù)據(jù)預處理軟件，是由UNAVCO Facility(美國衛(wèi)星導航系統(tǒng)與地殼形變觀測研究大學聯(lián)合體)研制的為地學研究GPS監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理服務的公開免費軟件。TEQC主要有格式轉換(Translate)、數(shù)據(jù)編輯(Edit)、質量檢查(QualityCheck)、單點定位(Coordinate)四方面的功能。它的四個模塊是相互獨立、互不影響的，既可以單獨使用其中的一個模塊，也可以組合使用。

在YCCORS選址中，主要運用TEQC的質量檢查模塊，該模塊是利用偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合對靜態(tài)GPS、GLONASS數(shù)據(jù)進行檢查。站點的觀測環(huán)境、觀測數(shù)據(jù)的質量主要反映在MP1、MP2、SN1、SN2等數(shù)值上[4]。

(1)

(2)

式中，p1、p2是偽距觀測值，Φ1、Φ2是相位觀測值，α是L1、L2頻率的平方比。

3.2 選址觀測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)，觀測文件頭文件如圖3所示：

圖3 O文件頭文件

觀測時間從2015年4月28日0時～2015年4月29日0時，共 24 h，數(shù)據(jù)采樣間隔為 10 s。

(1)衛(wèi)星星空圖

衛(wèi)星星空圖主要反映參考站在觀測時間段內所觀測到的GPS、GLONASS、BDS三種導航衛(wèi)星的軌跡及數(shù)量。G表示GPS衛(wèi)星，R表示GLONASS衛(wèi)星，C表示BDS衛(wèi)星。如圖4所示：

圖4

(2)數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性主要反映參考站周邊地物對衛(wèi)星信號的遮擋情況，擬選5個參考站的數(shù)據(jù)完整性分析如表1所示：

數(shù)據(jù)完整性分析表 表1

5個參考站的選址測試結果，載波相位數(shù)據(jù)的利用率均在95%以上，說明所選站址周邊建筑、樹木等對參考站的遮擋影響很小。

(3)幾何精度因子

幾何精度因子(Geometric Dilution Precision，縮寫為GDOP)是衡量定位精度的很重要的一個系數(shù)，它代表GNSS測距誤差造成的接收機與空間衛(wèi)星間的距離矢量放大因子。實際表征參與定位解的從接收機至空間衛(wèi)星的單位矢量所勾勒的形體體積與GDOP成反比，故又稱為幾何精度因子[5]。參考站選址的幾何精度因子如圖5所示：

圖5 參考站幾何精度因子圖(GPS、GLONASS、BDS混合)

(4)多路徑效應

在GPS測量的理想狀態(tài)下，接收機只接收來自衛(wèi)星的信號，但在實際的作業(yè)中被測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號如果進入接收機天線，就將和直接來自衛(wèi)星的信號產生干涉，從而使觀測值偏離真值，產生所謂的多路徑誤差[6]。而這種由于多個路徑的信號傳播所引起的干涉時延效應就被稱為多路徑效應。多路徑效應嚴重損害了GPS測量的精度，是GPS測量中的一個重要誤差源。因此，在對CORS參考站進行選址時，多路徑效應誤差需要特別注意[7]。通過對5個擬選站址觀測數(shù)據(jù)進行質量分析，最終得到5個選址L1、L2載波多路徑誤差如表2所示：

新增5個參考站選址測試多路徑誤差表 表2

從表2可以看出，5個參考站的選址，GPS衛(wèi)星L1、L2載波多路徑效應平均值均優(yōu)于 0.35 m，GLONASS衛(wèi)星L1、L2載波多路徑效應平均值均優(yōu)于 0.42 m，BDS衛(wèi)星L1載波多路徑效應平均值均優(yōu)于 0.35 m。

(5)信噪比

在GPS測量中，信噪比指的是接收機接收衛(wèi)星信號的功率S和干擾信號功率N的比值，即S/N。由于干擾信號在實際作業(yè)中是無法消除的，所以當信噪比的值越大接收機接收衛(wèi)星信號的效果就會越好。在CORS參考站選址中對信噪比進行分析能夠有效反映出選址周邊的信號干擾情況。5個參考站選址的信噪比情況如表3所示：

參考站選址信噪比 表3

續(xù)表3

從表3可以看出，在10°～15°高度角的L1載波信噪比均大于5，L2載波均大于2.5。

4 結 論

通過對YCCORS新增5個參考站的測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)質量分析可以看出，5個選址的數(shù)據(jù)質量、觀測環(huán)境良好，均符合CORS參考站建設標準。通過對測試數(shù)據(jù)的質量分析，不僅能夠客觀了解參考站周邊的環(huán)境是否符合建站標準，也為確保參考站建成后的良好運行提供了參考依據(jù)。

[1] 張婷，栗靖，朱大為等. CORS系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀及建立的必要性[J]. 現(xiàn)代導航，2012，4： 268～270.

[2] 陳俊勇，黨亞民. 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的進展及建設CORS的思考[J]. 地理空間信息，2009，7(3)： 1～3.

[3] CH/T2008-2005. 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網建設規(guī)范[S].

[4] 黃育華，倪宏宇. CORS服務網的技術研究[J]. 地理空間信息，2008，6(1)：34～36.

[5] 焦磊，姜慶國，徐劍鋒. 幾何精度因子對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的影響[J]. 現(xiàn)代導航，2011，6(4)：283～287.

[6] 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.

[7] 李征航，黃勁松. GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]. 武漢大學出版社，2010.

Location Analysis of Reference Stations of YiChang CORS

Lu Li

(Surveying and Mapping Detachment of Yichang City，Yichang 443000，China)

Introduced Yichang continuous operation GPS reference station (YCCORS) 5 new Reference Site Selection process，using TEQC、RTKLIB software，for 24 consecutive hours GNSS observation data for the selected site location for quality analysis，from data integrity，and more many aspects path effects，signal to noise ratio of the GNSS observation data to assess the location，refer to “global navigation satellite systems continuously operating reference station network construction specifications” to determine the siting，construction and implementation.

CORS；TEQC；multipath；location

1672-8262(2017)03-90-04

P228.4

B

2016—10—31

盧立(1985—)，男，工程師，碩士，主要從事城市測繪技術工作。