廣州市北斗地基增強系統測試及分析

曲宏偉 程曉暉 歐海平

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

1 引言

北斗衛星導航系統（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛星導航系統，是繼美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）之后第三個成熟的衛星導航系統。2017 年11 月5 日，中國第三代導航衛星順利升空，標志著中國正式開始建造北斗全球衛星導航系統。作為國家的戰略性產業和具有創新性的新興產業，北斗地基增強系統作為北斗衛星導航系統的重要組成部分在全國大力發展[1]。

廣州市于2016 年開展了CORS 整合項目，對原有的多套CORS 系統進行了優化整合，建立了一套支持北斗三頻/GPS/GLONASS 多系統運行的北斗地基增強系統，解決了原有CORS 系統并行帶來的數據精度不一致問題，有效解決了城市一張圖管理、三規合一地圖等問題[2]。

2 系統介紹

廣州市城市CORS 原本有三套：一套為2005 年原廣州市城市規劃局組織建設的“廣州市連續運行衛星定位城市測量綜合服務系統”[3]；一套為2006 年原廣州市國土資源和房屋管理局組織建設的“廣州市連續運行衛星定位服務系統”；還有一套是2014 年至2015 年廣州市國規委（原廣州市國土局）組織建設的支持北斗定位的CORS。

2016 年，廣州市對三套CORS 進行了優化整合，建立了廣州市北斗地基增強系統，在廣州市內現有20 個基準站里選取了8 個，同時選取周邊6 個廣東省GDCORS站構成新的北斗地基增強系統網（如圖1所示）。該系統采用天寶NET-R9 和思拓力SC300 接收機并置運行方案，保證過渡期內原有CORS 正常運行；數據處理中心軟件采用武漢大學的PowerNetwork 軟件系統，可以滿足國家、省、市和行業等各種級別北斗/GNSS 網絡RTK 系統以及連續運行跟蹤站系統（CORS）的站點管理和數據播發服務需要。

圖1 廣州北斗地基增強系統網

3 系統測試

為驗證系統運行的可靠性，對系統的基線精度、時間可用性、RTK 精度以及儀器兼容性等方面開展相關測試，以驗證系統基線解算精度、重復性精度、24小時內系統的可用性、RTK 實時定位的內符合精度、外符合精度及用戶端儀器對系統的兼容性。

3.1 基線精度分析

在14 個基準站組成的基線網圖中，選取4 條不同長度的基線（市國規委—永和、市國規委—新街口、永和—呂田、市國規委—呂田），分別采用單北斗、單GPS 進行連續7 天的相對定位（基線長度：32.2km、57.2km、78.8km、103.3km）。北斗基線靜態解平面精度（如圖2 所示）1cm 以內，高程方向精度2cm 以內，GPS 基線靜態解精度（如圖3 所示）略優于北斗基線靜態解精度。

圖2 北斗基線靜態解精度

圖3 GPS基線靜態解精度

對“永和—呂田”基線解算結果進行重復性精度檢驗，在連續7 天的處理結果中，N、E、U 三個方向與7 天的均值互差均在1.1cm 以內。基線重復性精度如圖4 所示。

圖4 基線重復性精度

3.2 時間可用性測試

時間可用性是衡量北斗地基增強系統可用性的一項重要指標。本文選定廣州市城市規劃勘測設計研究院樓頂開闊位置架設兩臺天寶R8 接收機，對測試點分別使用單BDS 和單GPS 模式連續采集24h 數據進行分析。經測試，單GPS 模式平面內符合精度為2.03cm，高程內符合精度為3.34cm，其中，平面內符合誤差小于3cm 的歷元占比96.1%，高程內符合誤差小于5cm的歷元占比92.2%。GPS 24h 平面內符合誤差序列、高程內符合誤差序列如圖5 和圖6 所示。

圖5 GPS 24h平面內符合誤差序列

圖6 GPS 24h高程內符合誤差序列

單BDS 模式平面內符合精度為2.59cm，高程內符合精度為3.11cm，其中平面內符合誤差小于3cm 的歷元占比88.8%，高程內符合誤差小于5cm 的歷元占比97.9%。BDS 24h 平面內符合誤差序列、高程內符合誤差序列如圖7 和圖8 所示。

圖7 BDS 24h平面內符合誤差序列

圖8 BDS 24h高程內符合誤差序列

經測試可知，單BDS 模式和單GPS 模式在觀測條件理想的情況下，定位結果精度差別較小，且均能滿足系統要求，單GPS 平面定位精度略高于單BDS 定位精度；但是在電離層相對活躍期間（中午至下午），單GPS 模式定位偏差較大甚至無法定位，而BDS 模式可以正常定位。

3.3 RTK 定位精度測試

RTK 實時定位測量精度反映的是用戶在實際作業條件下，通過系統播發的VRS 改正信息，得到的實時定位服務的精度[4]。為客觀評定系統精度，在全市范圍選取分布均勻的若干GPS 控制點進行測試，控制點分布如圖9 所示。分別測試在GPS+BDS+GLONASS、GPS+GLONASS、GPS 不同組合方式下RTK 定位精度。內、外符合精度測試對比如圖10 和圖11 所示。

圖9 RTK定位測試分布

圖10 內符合精度測試對比

由測試結果可知，新系統采用北斗三頻/GPS/GLONASS三星系統，RTK 測量精度更高。

3.4 兼容性測試

為了驗證系統的兼容性，在系統測試中使用了天寶、徠卡、華測、南方等使用頻率較高的不同品牌RTK（如圖12 所示），每臺儀器采用GPRS 上網連接的方式和數據中心建立數據通信。數據連接成功后，記錄儀器初始化獲得點位固定解的時間，各類儀器數據通信連通后，均能獲得固定解，所有儀器在系統中測試的固定解時間平均為20 秒[2]。

圖11 外符合精度測試對比

圖12 儀器兼容性檢測（分別為天寶、徠卡、華測、南方）

4 結論

通過測試可知，廣州市北斗地基增強系統各項指標均符合規范要求，全天候滿足95%以上服務。通過選取部分GDCORS 站作為外圍網采取“內網+外網”組合模式，確保了系統真 正做到無縫隙、無死角覆蓋全廣州范圍。GPS+BDS+GLONASS 組合較GPS、GPS+GLONASS 定位精度和效率更好，有效提高了RTK用戶工作效率。