沿海北斗CORS系統穩定性及精度測試的研究

周爭橋

摘 要：基于北斗衛星導航系統的精密導航定位打破GPS的壟斷，是沿海精密導航定位服務的重要手段，為掌握沿海北斗CORS系統的運行情況及系統的功能和技術指標是否滿足應用要求，需對系統定位精度以及系統的穩定性、連續性和兼容性等性能指標進行測試評估。

關鍵詞：北斗CORS系統；RTK；定位精度測試；內符合精度；外符合精度

中圖分類號：U665 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0033-03

基于北斗衛星導航的精密導航系統打破GPS的壟斷，目前，全國各地都建設了一定數量的北斗CORS（連續運行參考站）系統為各行業服務，為掌握系統的運行狀況，以及系統的功能和技術指標是否滿足服務要求，需對系統定位精度以及系統的穩定性、連續性和兼容性等性能指標進行測試并評估。本文以珠江口北斗精密定位服務系統測試為案例，對沿海的北斗CORS系統的穩定性、精度的測試方法及測試技術進行討論研究。

1 系統建設概況

城市北斗CORS系統的應用主要范圍為陸地應用，沿海北斗CORS系統既要為近海陸地提供應用服務，更重要的需為近海海上區域范圍提供服務，因此，在系統的穩定性及系統精度的測試上，城市北斗CORS系統與沿海北斗CORS系統存在一定的差異性。珠江口北斗精密定位服務系統，建設在廣東省內珠江口一帶，各北斗CORS基準站點分布廣州、東莞、蛇口、中山、珠海、江門，應用目的范圍覆蓋了珠江口區域以及重點海域，建設的10個基準站分別為侖頭站、桂山站、高欄站、山咀港站、崖南站、南沙站、灣仔站、中山站、大鏟灣站及東莞長安站，基準站點位分布如圖1所示，各基準站的數據最終通過網絡專線傳輸，匯入數據中心。圖1其中淺藍色標識為基準站位置，深藍色直線組成系統覆蓋范圍的網圖，深藍色線條覆蓋區域內為網內（以下簡稱網內），深藍色線條覆蓋區域外為網外（以下簡稱網外）。數字代碼為測試自選測試點號。

2 沿海北斗CORS系統測試

2.1系統精度測試方法及數據指標分析

2.1.1 定位精度測試

定位精度測試主要進行RTK實時定位精度測試和事后靜態

精密定位測試。

（1）RTK實時定位精度測試。本次測試在珠江口北斗精密定位服務系統的10個基準站覆蓋的網內選取9個控制點，網外10～15公里選取3個控制點，共計12個控制點進行測試，這些控制點都在10個基準站的理論覆蓋范圍內。為確保測試結果的合理可信，網絡RTK測試采用系統覆蓋區域內的B、C級精度的控制點作為參考基準。RTK實時動態測試需要進行兩次連接和初始化，獲取網絡數據源，并選擇一種定位模式，測試采樣間隔為1秒。測試的坐標系統采用CGCS2000坐標，平面坐標的精度評定以控制點所在的中央子午線高斯投影的平面坐標進行，以CGCS2000坐標的大地高為高程方向的比較值。

1）RTK實時動態測量內符合精度統計方法

計算每一測點所有測量值的平均值，再將該平均值與每一測量值求差。統計所有差值的分布情況，并對差值在不同區間的概率進行統計，同時根據式（1-1）分別計算系統B、L、H方向的內符合精度。

取BDS，GPS+GLONASSS，GPS+BDS+GLONASS不同數據源數據（數據圖表略），通過內、外符合精度計算統計，可以看出，系統能夠滿足用戶對實時高精度定位的要求，平面方向外符合精度優于0.012m，高程方向外符合精度優于0.039m；其中，平面方向外符合最大值為0.034m，高程方向外符合最大值為0.059m；滿足系統實時定位平面0.050m，高程0.100m的精度要求。

（2）事后靜態精密定位精度測試。在珠江口北斗精密定位服務系統的10個基準站覆蓋的網內選取4個控制點，網外選取1個控制點進行事后精密定位測試，設定靜態聯測觀測時段長為120min，聯測點采樣間隔1s。在已知坐標的控制點上采集靜態原始觀測數據，利用事后解算軟件PANDA，事后解算結果與控制點的已知坐標的差值進行統計分析，評定事后精密定位精度。

從結果可以看出，以基準站為起算，平面方向精度優于0.010m，高程方向精度優于0.017m；滿足系統的事后精密定位平面精度優于0.02m，高程精度優于0.04m的設計要求。

2.1.2 空間可用性測試

空間可用性，主要包含車載GNSS動態測試和船載GNSS動態測試，通過固定基線長度相對檢測法，在車和船上固定移動終端，用鋼尺量出兩者的長度，然后通過比較測試的長度以及實際長度的對比，測試系統在陸地以及海上的空間可用性以及信號的接收狀況。

空間可用性測試采用GPRS方式進行數據鏈接。車載GNSS動態定位測試在珠江口北斗精密定位服務系統覆蓋區域內的公路上進行，流動站設備要能正常工作，得到固定解。船載GNSS動態定位測試則利用船只在海面上航行，流動站設備能正常完成初始化，并得到固定解。在海面上，可能由于網絡信號差或無網絡信號水段，鏈接可能斷開，固定解丟失，航行出該水段后，在不進行任何操作的情況下，流動站設備在40秒內要能自動恢復鏈接并得到固定解。

（1）車載GNSS動態定位測試。車載設計三條路線 侖頭-518路線，526-530路線，九州港-南沙路線。

誤差相對較大路線的為九州-南沙路線，如下統計表：

從結果統計可以看出，剔除掉因過隧道、城市高架等因素無法接收到信號的點，可得到固定解所占百分比的平均值為95.83%，滿足空間導航可用性95%的設計要求；單頻導航三維精度優于0.264m，最大值為0.458m；多頻導航三維精度優于0.023m，最大值為0.029m；結果滿足單頻導航水平精度優于1m，高程精度優于2m；多頻導航水平精度優于0.3m，高程精度優于0.5m的系統設計指標要求。

（2）船載GNSS動態定位測試。

測試路線：本次測試選擇珠海港—高欄港、高欄港—舢板洲、舢板洲—珠海港路線。本次測試采用武漢攀達公司的設備，PD327，TC1。誤差相對較大路線為舢板洲-珠海港，如下統計表.

從結果統計可以看出，剔除掉因海面上無網絡信號等因素無法接收到信號的點，可得到固定解所占百分比的平均值為95.46%，滿足空間導航可用性95%的設計要求；單頻導航三維精度優于0.398m，最大值為0.486m；多頻導航三維精度優于0.014m，最大值為0.016m；結果滿足單頻導航水平精度優于1m，高程精度優于2m；多頻導航水平精度優于0.3m，高程精度優于0.5m的系統設計指標要求。

2.2系統穩定性測試

2.2.1 24h連續可用性測試

為了驗證珠江口北斗精密定位服務系統能否全天候提供穩定的RTK差分信號，需要進行系統的可用性測試。在珠江口北斗精密定位服務系統的10個基準站覆蓋范圍內，選擇503控制點進行二十四小時連續定位可用性測試，具體點位見下圖，選擇系統播發的GPS+BDS+GLONASS定位模式作為數據源，連續觀測24小時，然后對采集的數據進行整理統計，比較定位的穩定性及可靠性。

2.2.2 定位服務時效性測試

系統定位服務時效性就是實時定位所需的初始化時間，用戶在得到系統北斗差分數據服務后，極短時間內獲得測站浮動解，但獲得符合精度的測站固定解需要一定時間，利用秒表記錄登陸成功后從單點解到固定解的時間，此時間為RTK初始化時間，經統計登陸時間，求出平均登陸時間值，其平均 登陸時間值可以作為系統穩定性一個參考指標。

3 結束語

沿海北斗CORS系統服務沿海區域經濟，可為水上交通，港口建設，水運工程、海事監管及航海保障提供服務，本文以珠江口北斗精密定位服務系統測試為案例，參考以往的城市北斗CORS系統測試方法，對沿海的北斗CORS系統的穩定性及精度測試的方法技術進行了總結，整套測試方案符合國家相關規范及相關技術規格，取得了一定的成效，可為后續的沿海北斗CORS系統的建設提供參考。

參考文獻：

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[2]GB/T 28588-2012《全球導航衛星系統連續運行基準站網技術規范》

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