周淼,方輝
(桂林市測繪研究院,廣西 桂林 541100)
我國的北斗衛星系統(BDS)是繼美國的GPS和俄羅斯的GLONASS后又一個成熟的衛星導航系統,它能夠提供高精度、高可靠的定位、導航以及授時服務,并獨具短報文通信功能[1]。目前,我國多省市開始建立或完善包含BDS的CORS網,以此來滿足專業測繪、城市規劃等方面的需求[2]。重慶、江蘇、廣東、天津、深圳等地區陸續完成了北斗地基增強系統的建設,其精度和可靠性都得到了驗證,對各地區的建設起到了很好的推動作用[3]。與傳統RTK技術相比,CORS具有效作業范圍更大、定位精度高等優點,利用CORS可以開展全天候、多天時、多用途的廣泛服務,大大提高了空間基礎數據的利用率[4~7]。為了滿足本地區對高精度實時定位的需求,桂林市測繪研究院建立了一個基于BDS、GPS、GLONASS等多模的全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System,GNSS)的桂林市北斗衛星地基增強系統(簡稱GLCORS)。本文對建立的GLCORS進行了精度評定和穩定性分析,以確定GLCORS適用性,確保能為用戶提供高精度、高質量的實時定位服務。
GLCORS南北最長距離為48.7 km,東西最長距離為 39.3 km,由5個基準站組成,網內覆蓋總面積約 2 000 km2,其覆蓋范圍基本滿足了城市建設在桂林市主城區及周邊區域的要求。GLCORS的基站布設及基線長度信息如圖1所示:

圖1 GLCORS基準站布設圖
GLCORS檢核點主要由網內66個已知C級點和二等水準點組成。檢核時,在獲得穩定固定解狀態下,每次平滑30秒,每個已知點上午和下午各測一次,每次測3個測回,取上午和下午均值為最終觀測成果。每個測回結束,主機斷電關機重啟。GLCORS檢核的內符合精度和外符合精度如表1所示。

GLCORS內外符合精度表 表1
由表1可以知道,內符合精度優于外符合精度。平面設計外符合精度為 3 cm,檢核外符合精度優于 2 cm;高程設計外符合精度為 5 cm,檢核高程外符合精度優于 2.5 cm。由以上可知,GLCORS內外符合精度較高,平面精度優于高程精度,達到了設計要求。
為了分析GLCORS的穩定性,選取某一固定點,在該點上連續觀測24個小時,采樣間隔設為1秒。實際觀測歷元數 85 064個,理論觀測歷元數 86 400個,數據可用率為98.5%,優于系統設計要求。X,Y,H三個分量上的點位變化可見圖2,每小時的中誤差可見表2和表3,每小時的中誤差變化趨勢可見圖3。


圖2 三個分量上的點位變化圖 GLCORS上午同一點內符合精度統計(mm) 表2

GLCORS下午同一點內符合精度統計(mm) 表3

圖3 24小時中誤差變化圖
由圖2可知,在X、Y、H三個分量上的誤差總體表現出一定的隨機性。X、Y方向上,整體的偏差都集中在 1 cm以內,而在H方向上,其波動大于X、Y,但其整體優于 3 cm。
從表1、表2可以看出,上午3個方向上的內符合精度最大值分別為 2.88 mm、2.14 mm以及 7.36 mm;下午3個方向的內符合精度最大值分別為 3.17 mm、2.30 mm以及 7.72 mm。比較上午和下午的內符合精度可以知道,上午的精度優于下午的精度。為了分析中午時間段的精度,對上午11點~下午3點4個小時的數據進行分析,其內符合精度分別為 2.45 mm、1.88 mm和 5.90 mm,可以看出在中午時段,三個方向上的總體精度要低于全天的平均精度,但其差值仍舊處在較小的范圍內,即GLCORS中午時間段也可提供較高精度的實時定位服務。
由圖3可以看出,平面方向上的精度要顯著優于高程方向上的精度。在X和Y方向上,Y方向的精度要高于X方向。三者表現出一定的趨同性,變化趨勢一致。
由于測繪任務地點的不確定性,作業范圍會超出CORS控制范圍,因此有必要對在一定范圍的網外區域進行精度測試。分別選取距離GLCORS網外 5 km、10 km及 15 km進行精度測試,其結果如表4所示。

GLCORS網外測試精度統計 表4
注:-表示該處超出似大地水準面模型范圍
由表4可知,在X方向上,GLCORS精度依然較高,而在Y方向上,其精度隨著距離的增大而降低,在距離網外 15 km處其精度在 5 cm左右。在高程方面,距離網外 5 km時其精度顯著降低,在大于 5 km以后,由于超出了似大地水準面模型范圍的控制范圍,其精度已經無法統計。因此可知,在超出了一定的距離后,GLCORS的精度有所降低,尤其是在高程方面,其精度降低的比較明顯,在實際作業中需要對這一特性保持警惕。
本文主要對GLCORS的整體精度和穩定性進行了評定和分析,可以看出GLCORS具有整體精度高、穩定性強、數據可利用率高的特點,可以為控制網內提供整體平面精度優于 2.0 cm和高程精度優于 2.5 cm的24小時實時定位技術服務。在超出網外的一定范圍時,需要警惕高程的可用性。另外,GLCORS投入使用北斗系統,減少了對國外導航定位系統的依賴性,提高了系統的作業效率和精度,為本地區的建設發展起到極強的技術推動作用。